UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
TESE DE DOUTORADO
Utilização de Resíduo Lignocelulósico na obtenção de Chapa de Madeira
Aglomerada Homogênea e Compósito Reforçado com Fibra de Vidro-E
LUIZ CLÁUDIO FERREIRA DA SILVA
Orientadora: Profª. Dra. Eve Maria Freire de Aquino
Co-Orientador: Prof. Dr. Francisco Antônio Rocco Lahr
Tese Nº 56/2008 PPgCEM
NATAL
2008
LUIZ CLÁUDIO FERREIRA DA SILVA
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO LIGNOCELULÓSICO NA
OBTENÇÃO DE CHAPA DE MADEIRA AGLOMERADA
HOMOGÊNEA E COMPÓSITO REFORÇADO COM
FIBRA DE VIDRO-E
Tese apresentada ao programa de PósGraduação, do Centro de Ciências Exatas e
da Terra, da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do título de
Doutor em Ciência e Engenharia de
Materiais.
Área de concentração:
Compósitos
Orientadora: Profª. Dra. Eve Maria Freire de Aquino
Co-Orientador: Prof. Dr. Francisco Antônio Rocco Lahr
Natal
2008
Polímeros
e
Divisão de Serviços Técnicos
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede
Silva, Luiz Cláudio Ferreira da.
Utilização de resíduo lignocelulósico na obtenção de chapa de madeira
aglomerada homogênea e compósito reforçado com fibra de vidro-E / Luiz Cláudio
Ferreira da Silva. – Natal, RN, 2008.
205 f. : il.
Orientador: Eve Maria Freire de Aquino.
Co-orientador: Francisco Antônio Rocco Lahr.
Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e
da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.
1. Chapa de madeira – Tese. 2. Resíduo lignocelulósico – Tese. 3. Chapa de
partícula aglomerada – Tese. 4. Compósito reforçado – Tese. Endocarpo – Tese. 5.
Cocos nucífera linn – Tese. I. Aquino, Eve Maria Freire de. II. Lahr, Francisco
Antônio Rocco. III. Título.
RN/UF/BCZM
CDU 62-413(043.2)
A Deus, Inteligência suprema, causa primária de todas as coisas. Deus é maior
do que as nossas Esperanças.
Aos Meus pais, Raimundo e Helena, que me oportunizaram
uma vida rica em desafios, aprendizados e vitórias.
Aos Meus amores, Ana Yacy e Anylan (esposa e filha,
respectivamente) que sempre estão e sempre estarão comigo.
Todo afeto, toda gratidão e todo amor que eu puder manifestar
por elas, ainda que pareça muito, é muito pouco.
Aos meus irmãos, Railene, Luis, Sérgio, Marcelo, Otávio e
Gustavo, companheiros de sempre. Sr. Humberto e D. Ivete
(meu sogro e minha sogra), pela paciência e compreensão. Meus
enteados, Késsia e Haroldo, a minha cunhada Cynthia e
minha sobrinha Isabela e ao meu amigo Washington pelo
apoio que me proporcionaram ao longo desse período.
Dedico este Trabalho.
AGRADECIMENTOS
A Deus, que por suas bênçãos e permissão possibilitou que todos pudessem, de alguma
forma, colaborar com esta pesquisa;
A minha Orientadora, Professora Doutora Eve Maria Freire de Aquino, pelas
orientações, pelo apoio e incentivos na realização deste trabalho;
Ao meu Co-orientador, Professor Doutor Francisco Antônio Rocco Lahr, pelo apoio
fundamental a este trabalho e por acreditar em sua realização;
Aos Professores, Doutor George Santos Marinho e Doutor Raimundo Carlos Silvério
Freire Júnior, e ao Doutor Francisco Antônio Vieira, pelas participações na Banca
Examinadora e pelas contribuições a esta pesquisa;
Ao Professor Doutor Rasiah Ladchumananandasivam, pela contribuição inicial na
elaboração deste trabalho;
Ao Professor Doutor Clodomiro Alves Júnior pelo apoio a viagem para Universidade
São Paulo, em São Carlos, para a fabricação da chapa aglomerada;
A Professora Neide Tomazim Floreoto, Chefe do Laboratório de Metalogarafia do
Núcleo de Tecnologia Industrial da Universidade Federal do Rio Grande do Norte que
possibilitou a realização de alguns ensaios físicos e da Microscopia Ótica;
A Doutora Fátima do Nascimento, Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira
da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade São Paulo, pela valiosíssima
contribuição na fabricação e nos ensaios mecânicos das chapas aglomeradas e pelo
apoio, amizade e incentivo nas horas difíceis;
A Doutora Ellen, Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras da Escola de
Engenharia de São Carlos da Universidade São Paulo, pela amizade e o apoio na
fabricação das chapas aglomeradas.
Ao Sr. José, Técnico do Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras da Escola
de Engenharia de São Carlos da Universidade São Paulo, pelo apoio na fabricação das
chapas aglomeradas e ensaios realizados.
Ao Engenheiro Gustavo, da TECNIPLÁS, pela colaboração na fabricação da placa
reforçada de fibra de vidro;
Ao Engenheiro Evans, da TECNIPLÁS, pela colaboração na fabricação da placa
reforçada de fibra de vidro, bem como nas contribuições para a análise da placa
fabricada;
Aos Professores Rosane e Obede da Universidade Estadual Paulista, Campus de Bauru,
São Paulo, pela colaboração e apoio nos ensaios de flexão estática da chapa aglomerada;
A Universidade Federal do Rio Grande do Norte pela oportunidade de realização desta
pesquisa;
A Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade São Paulo pela realização dos
ensaios físicos e da fabricação da chapa aglomerada.
A CAPES pelo apoio financeiro na forma de bolsa de pesquisa;
Ao Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, na pessoa do seu Coordenador,
Professor Doutor Wilson Acchar, pelo apoio a realização desta pesquisa;
Ao Departamento de Geologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte pela
possibilidade de utilização do moinho de anéis para processamento da matéria-prima;
A Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte pela doação da matériaprima, endocarpo seco, para a caracterização;
A NUTRICOCO pela doação dos endocarpos secos para o uso nesta pesquisa;
A TECNIPLAS/RN pela possibilidade de fabricação da placa reforçada;
A empresa Lyra Móveis pelos resíduos de madeira e móveis;
E a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram de alguma forma para a
realização desta pesquisa.
MEUS SINCEROS AGRADECIMENTOS
SUMÁRIO
Página
RESUMO.....................................................................................................................xii
ABSTRACT .............................................................................................................. xiii
LISTA DE FIGURAS................................................................................................ xiv
LISTA DE TABELAS ................................................................................................ xx
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .............................................................xxii
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 5
2.1 O COQUEIRO......................................................................................................... 5
2.1.2 O FRUTO ............................................................................................................. 6
2.1.3 O ENDOCARPO .................................................................................................. 9
2.2 A MADEIRA......................................................................................................... 11
2.2.1 O NORDESTE BRASILEIRO E OS RECURSOS FLORESTAIS ................... 17
2.3 – COMPÓSITOS DE FIBRAS DE VIDRO .......................................................... 22
2.3.1 CARACTERÍSTICAS ........................................................................................ 26
2.3.2 FORMAS DISPONÍVEIS .................................................................................. 27
2.3.3 APLICAÇÃO – PLÁSTICOS REFORÇADOS ................................................ 28
2.3.4 TUBOS DE PLÁSTICO REFORÇADO ........................................................... 30
2.3.5 MATERIAIS COMPÓSITOS HÍBRIDOS ........................................................ 31
2.3.6 COMPÓSITOS HÍBRIDOS DO TIPO SANDUÍCHE ...................................... 34
2.3.7 CARACTERÍSTICAS DA FRATURA NOS COMPÓSITOS
HÍBRIDOS POLIMÉRICOS .............................................................................. 35
2.4 – CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE A REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......... 37
3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 38
3.1 A MATÉRIA-PRIMA ........................................................................................... 39
3.1.1 O ENDOCARPO SECO..................................................................................... 39
3.1.2 RESÍDUO DE MADEIRA ................................................................................. 44
3.1.3 CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MATÉRIA PRIMA............... 45
3.2 AS CHAPAS AGLOMERADAS.......................................................................... 46
3.2.1 COMPOSIÇÃO DAS CHAPAS AGLOMERADAS ........................................ 46
3.2.2 QUANTIDADE DE RESÍDUO (EM PESO) UTILIZADO .............................. 47
3.2.3 RESINAS UTILIZADAS ................................................................................... 48
3.2.4 PARÂMETROS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA FABRICAÇÃO ... 49
3.2.5 PROCESSO DE FABRICAÇÃO ....................................................................... 50
3.2.6 TIPOS DE ENSAIOS REALIZADOS ............................................................... 52
3.2.7 CORPOS DE PROVA DA CHMC .................................................................... 54
3.2.8 ENSAIOS REALIZADOS NAS CHAPAS AGLOMERADAS ........................ 56
3.3 PLACA HÍBRIDA DE PLÁSTICO REFORÇADO ............................................. 60
3.3.1 COMPOSIÇÃO .................................................................................................. 60
3.3.2 CARACTERÍSTICA DA PLACA FABRICADA ............................................. 60
3.3.3 PROCESSO DE FABRICAÇÃO ....................................................................... 61
3.3.4 ENSAIOS REALIZADOS E LOCAIS DOS ENSAIOS ................................... 63
3.3.5 DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS REALIZADOS ................................................ 65
3.3.5.1 ENSAIO DE ABSORÇÃO DE UMIDADE ................................................... 65
3.3.5.2 ENSAIO DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS ................................................. 66
3.3.5.3 ENSAIO DE TRAÇÃO UNIAXIAL .............................................................. 68
4 ANÁLISES DOS RESULTADOS .......................................................................... 70
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO ENDOCARPO SECO .............................................. 71
4.1.1 ENSAIO DE DIFRAÇÃO DE RAIO-X (RDX) ................................................ 71
4.1.2 ANÁLISES TÉRMICAS .................................................................................... 74
4.1.2.1 TERMOGRAVIMETRIA ............................................................................... 75
4.1.2.2 ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL .......................................................... 80
4.1.3 ANÁLISE MICROGRÁFICA ........................................................................... 83
4.1.4 CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA ...................................................... 85
4.1.5 HISTOGRAMA DA DENSIDADE DO ENDOCARPO SECO ....................... 86
4.2 ESTUDOS NA CHMC E NA PHPR .................................................................... 88
4.2.1 A CHMC ............................................................................................................ 88
4.2.1.1 CHMC COM O TRAÇO 75/25 ....................................................................... 88
4.2.1.2 CHMC COM O TRAÇO 50/50 ....................................................................... 90
4.2.1.3 CHMC COM O TRAÇO 25/75 ....................................................................... 92
4.2.1.4 CHMC COM O TRAÇO 0/100 ....................................................................... 93
4.2.1.5 CHMC COM O TRAÇO 100/0 ....................................................................... 95
4.3 A PHFV-MC ......................................................................................................... 98
4.3.1 ENSAIO DE ABSORÇÃO DE UMIDADE NA PHFV – MC ........................ 100
4.3.2 ENSAIO DE TRAÇÃO UNIAXIAL NA HFV-MC ........................................ 103
4.3.3 ENSAIO DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS PHFV-MC ............................... 116
4.4 ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA CHMC ............................................. 128
4.4.1 ENSAIO DE DENSIDADE ............................................................................ 128
4.4.2 TEOR DE UMIDADE .................................................................................... 132
4.4.3 ENSAIO ABSORÇÃO DE ÁGUA (2HS E 24HS) ........................................ 134
4.4.4 INCHAMENTO EM ESPESSURA (2HS E 24HS) ......................................... 138
4.4.5 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR.......................................... 143
4.4.6 FLEXÃO ESTÁTICA ...................................................................................... 148
5 CONCLUSÕES.....................................................................................................157
5.1 CARACTERIZAÇÃO DO ENDOCARPO SECO ............................................. 157
5.2 FABRICAÇÃO DA CHMC e PHFV-MC ......................................................... 157
5.3 ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA PHFV-MC ....................................... 158
5.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS DA PHFV-MC..................................................... 159
5.5 ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA CHMC ............................................. 160
5.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DA CHMC........................................................... 162
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .............................................. 162
6.1 EM RELAÇÃO À PHFV-MC ............................................................................. 162
6.2 EM RELAÇÃO À CHMC................................................................................... 163
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 164
ANEXOS ................................................................................................................... 177
xii
RESUMO
Na presente pesquisam-se a utilização do endocarpo do cocos nucífera linn e o resíduo de
derivados de madeira e de móveis como matéria-prima para uso tecnológico. Nesse sentido,
usam-se esses resíduos lignocelulósico na fabricação de chapa de madeira aglomerada
homogênea (CHMC) e, como carga, em compósito polimérico reforçado com fibra de vidro –
E (PHFV-MC). Na fabricação da chapa de madeira aglomerada homogênea (CHMC) usouse a resina à base de mamona como elemento aglutinante dos resíduos. As chapas foram
conformadas em uma prensa hidráulica aquecida com controle de temperatura, onde as
mesmas foram fabricadas para diferentes percentuais dos resíduos de madeira e do cocos
nucífera linn. Foram realizados ensaios físicos para a determinação de absorção de água,
densidade, do teor de umidade (em duas horas e vinte e quatro horas), inchamento de
espessura (em duas horas e vinte e quatro horas), e ensaios mecânicos para a determinação da
resistência à tração paralela (adesão interna) e o ensaio de flexão estática. Os resultados
obtidos nos ensaios físicos indicam que a CHMC pode ser classificada como chapa de
madeira aglomerada de alta densidade e que suporta bem a presença de água. Nos ensaios
mecânicos foi possível constatar que a CHMC apresenta características distintas quando
submetida à força de tração uniaxial e à flexão estática, uma vez que os módulos de ruptura e
de elasticidade variaram em função da quantidade do endocarpo seco usado para fabricar cada
traço da CHMC. A PHFV-MC foi fabricada industrialmente por meio do processo hand-layup onde a fibra de vidro-E foi usada como reforço e os resíduos lignocelulósicos, como carga.
A matriz foi à base de resina poliéster ortofitálica insaturada. Foram realizados ensaios físicos
e mecânicos em presença de umidade saturada e a seco. Os resultados indicaram um bom
desempenho da PHFV-MC, tanto na tração quanto na flexão em três pontos. A presença de
água influenciou os módulos obtidos na flexão e na tração, mas não alterou significativamente
as propriedades analisadas. Quanto à fratura, a análise mostrou que os efeitos são mais
danosos em presença da umidade, sob a ação dos carregamentos analisados, mas, apesar disto,
a fratura se mostrou bastante caracterizada, iniciando nas regiões externas e se propagando
para as regiões internas quando atinge a carga híbrida.
Palavras-chaves: resíduo lignocelulósico, chapa de partícula aglomerada, compósito
reforçado, endocarpo, cocos nucífera linn.
xiii
ABSTRACT
This research is about the use of the coconut´s endocarp (nucifera linn) and the waste of
derivatives of wood and furniture as raw material to technological use. In that sense, the
lignocellulosic waste is used for manufacture of homogeneous wood sheet agglomerate
(LHWS) and lignocellulosic load which take part of a polymeric composite with fiber glass –
E (GFRP-WC). In the manufacturing of the homogeneous wood sheet agglomerate (LHWS),
it was used mamona´s resin as waste’s agglutinating element. The plates were taken up in a
hydraulic press engine, heated, with temperature control, where they were manufactured for
different percentage of waste wood and coconuts nucífera linn. Physical tests were conducted
to determine the absorption of water, density, damp grade (in two hours and twenty-four
hours), swelling thickness (in two hours and twenty-four hours), and mechanical tests to
evaluate the parallel tensile strength (internal stick) and bending and the static (steady)
flexural. The physical test´s results indicate that the LHWS can be classified as bonded wood
plate of high-density and with highly water resistant. In the mechanical tests it was possible to
establish that LHWS presents different characteristics when submitted to uniaxial tensile and
to the static (steady) flexural, since brittle and elasticity module had a variation according to
the amount of dry endocarp used to manufacture each trace of LHWS. The GFRP-WC was
industrially manufactured by a hand-lay-up process where the fiber glass – E was used as
reinforcement the lignocellulósic´s waste as load. The matrix was made with ortofitalic
unsaturated polyester resin. Physical and mechanical tests were performed in presence of
saturated humidity and dry. The results indicated good performance of the GFRP-WC, as
traction as in flexion in three points. The presence of water influenced the modules obtained
in the flexural and tensile but there were no significant alteration in the properties analyzed.
As for the fracture, the analysis showed that the effects are more harmful in the presence of
damp, under the action of loading tested, but despite this, the fracture was well defined
starting in the external parts and spreading to the internal regions when one when it reaches
the hybrid load.
Keywords: residue lignocellulosic, Particleboard, reinforcement composites, endocarp, coco’s
nucífera linn.
xiv
LISTA DE FIGURA
FIGURA 2.1 - Partes que compõem o coco seco ......................................................... 07
FIGURA 2.2 – A diversidade da vegetação Brasileira................................................. 11
FIGURA 2.3 – O Bioma Brasileiro .............................................................................. 12
FIGURA 2.4 - Áreas plantadas de Pinus no Brasil ...................................................... 13
FIGURA 2.5 - Áreas plantadas de Eucalipto no Brasil ................................................ 14
FIGURA 2.6 - Balanço Geral de oferta e demanda – Eucalipto (m3) .......................... 15
FIGURA 2.7 - Balanço Geral de oferta e demanda – Pinus (m3)................................. 15
FIGURA 2.8 - Esboço do processo de produção de fibras de vidro ............................ 24
FIGURA 2.9 – Alguns produtos de fibra de vidro ....................................................... 26
FIGURA 2.10 - Roving direto fabricado com vidro do tipo-E .................................... 28
FIGURA 2.11 - Fio picado fabricado com vidro tipo-E............................................... 28
FIGURA 2.12 - Manta fabricada com fios de vidro tipo-E .......................................... 28
FIGURA 2.13 – Tecido bi-direcional de fibra de vidro ............................................... 28
FIGURA 2.14 – Véu de superfície de fibra de vidro.................................................... 28
FIGURA 2.15 - Betão com Varões de fibra de vidro ................................................... 29
FIGURA 2.16(a) - Aplicação da fibra de vidro em separador de água e óleo ............. 29
FIGURA 2.16(b) - Aplicação da fibra de vidro em estação de tratamento
de esgoto em Fibra de vidro .............................................................. 29
FIGURA 2.17 – Aplicação em tubulações industriais ................................................. 30
FIGURA 2.18 - Diversos tipos de tubos em plástico reforçado com fibras de vidro... 31
FIGURA 2.19 - Configuração do laminado híbrido vidro/curauá................................ 34
FIGURA 2.20 (a) - Estrutura híbrida tipo Sanduíche reforçadas
com fibra de vidro e de juta ............................................................... 35
FIGURA 2.20 (b) - Estrutura tipo Sanduíche reforçadas somente
com fibras de vidro ............................................................................ 35
FIGURA 2.21(a) – Delaminação .................................................................................. 37
FIGURA 2.21 (b) – Microfissuração ............................................................................ 37
FIGURA 2.21 (c) - as fraturas adesivas (interface fibra/matriz) .................................. 37
FIGURA 2.21 (d) – as fraturas coesivas (na matriz e na fibra) .................................... 37
FIGURA 3.1 – Atividades realizadas para a obtenção das chapas híbridas ................. 38
FIGURA 3.2 (a) – recepção da MP .............................................................................. 39
FIGURA 3.2 (b) – Utilização da MP............................................................................ 39
xv
FIGURA 3.2 (c) – Resíduo da MP ............................................................................... 39
FIGURA 3.2 (d) – Uso do Resíduo .............................................................................. 39
FIGURA 3.3 – Presença do tegumento no endocarpo ................................................. 41
FIGURA 3.4 (a) – Presença de fibras no interior dos endocarpos ............................... 41
FIGURA 3.4 (b) – Presença de fibras no interior dos endocarpos observada
pela espessura ................................................................................ 42
FIGURA 3.5 – Resíduos de derivados de produtos da madeira ................................... 44
FIGURA 3.6 – Resíduo após o processamento em moinho de esferas ........................ 45
FIGURA 3.7 – Molde de madeira ................................................................................ 47
FIGURA 3.8 – Colchão sendo acomodado .................................................................. 47
FIGURA 3.9(a) - Prensa hidráulica .............................................................................. 49
FIGURA 3.9 (b) – Misturador ...................................................................................... 50
FIGURA 3.9 (c) - Balança eletrônica ........................................................................... 50
FIGURA 3.10 (a) – Processo de fabricação da CHMC: Seleção dos resíduos ........... 51
FIGURA 3.10 (b) – Processo de fabricação da CHMC:
A cola adicionada à mistura ........................................................... 51
FIGURA 3.10 (c) – Processo de fabricação da CHMC: A pré-mistura ...................... 51
FIGURA 3.10 (d) – Processo de fabricação da CHMC: No misturador ..................... 52
FIGURA 3.10 (e) – Processo de fabricação da CHMC: Formação do colchão .......... 52
FIGURA 3.10 (f) – Processo de fabricação da CHMC:
O colchão e o limitador de espessura ............................................. 52
FIGURA 3.10 (g) – Processo de fabricação da CHMC: Prensagem do colchão ........ 52
FIGURA 3.10 (h) – Processo de fabricação da CHMC: A CHMC ............................ 52
FIGURA 3.10 (i) – Processo de fabricação da CHMC: Corte dos corpos-de-prova ... 52
FIGURA 3.11 (a) – Máquina de Ensaio EMIC para a flexão ...................................... 54
FIGURA 3.11 (b) - Máquina de ensaio DARTEC para Adesão Interna ...................... 54
FIGURA 3.11 (c) - Detalhe da garra da EMIC ............................................................ 54
FIGURA 3.12 – O corte dos corpos-de-prova em serra circular .................................. 55
FIGURA 3.13 – Os corpos-de-prova da CHMC ......................................................... 55
FIGURA 3.14 (a): Ajuste da máquina .......................................................................... 57
FIGURA 3.14 (b) - Início do ensaio ............................................................................. 57
FIGURA 3.14 (c) - Corpo de prova sob a ação da flexão estática ............................... 57
FIGURA 3.15 (a): Garra para o ensaio de adesão interna ............................................ 58
FIGURA 3.15 (b) - O dispositivo acoplado a máquina de ensaio ................................ 58
xvi
FIGURA 3.15 (c) - Corpo de prova após o ensaio de adesão interna .......................... 58
FIGURA 3.15 (d) - O suporte metálico colado ao corpo de prova .............................. 58
FIGURA 3.16 – Desenho ilustrativo dos esforços no ensaio de resistência à
tração perpendicular na CHMC ....................................................... 58
FIGURA 3.17 – Configuração ilustrativa da placa híbrida de plástico reforçado ....... 61
FIGURA 3.18 - Placa híbrida com detalhe na distribuição das camadas ..................... 63
FIGURA 3.19 - Corpo de prova em deflexão (seco).................................................... 66
FIGURA 3.20 - Corpo de prova em deflexão (úmido) ................................................ 66
FIGURA 3.21 – Tração uniaxial, estado seco .............................................................. 69
FIGURA 3.22 – Tração uniaxial, estado úmido saturado ............................................ 69
FIGURA 3.23 – Máquina para os ensaios de tração uniaxial e
flexão em três pontos ....................................................................... 69
FIGURA 4.1 – Perfil do difratograma do endocarpo seco do tipo anão ...................... 71
FIGURA 4.2 – Perfil do difratograma do endocarpo seco do tipo gigante .................. 72
FIGURA 4.3 (a) - Presença de fibras no interior dos endocarpos ................................ 73
FIGURA 4.3 (b) - Fibras transversais no interior dos endocarpos ............................... 73
FIGURA 4.3 (c) - Fibras longitudinais no interior dos endocarpos ............................. 73
FIGURA 4.4 - Curva Termogravimétrica do endocarpo seco anão ............................. 75
FIGURA 4.5 - Curva Termogravimétrica do endocarpo seco gigante ......................... 76
FIGURA 4.6 – TG Comparativo entre endocarpos secos ............................................ 77
FIGURA 4.7 – Curva DTA para o endocarpo seco do tipo anão ................................. 80
FIGURA 4.8 – Curva DTA para o endocarpo seco do tipo gigante............................. 80
FIGURA 4.9 (a) – Micrografia do endocarpo seco gigante ......................................... 83
FIGURA 4.9 (b) – Micrografia do endocarpo seco anão ............................................. 83
FIGURA 4.9 (c) – Micrografia do endocarpo seco sem classificação (indústria) ....... 84
FIGURA 4.10 – Desenho esquemático da estrutura celular da fibra de coco ............. 84
FIGURA 4.11 (a) – Endocarpo antes da moagem ........................................................ 86
FIGURA 4.11 (b) – Endocarpo após a moagem .......................................................... 86
FIGURA 4.12 – Histograma do endocarpo seco .......................................................... 87
FIGURA 4.13 (a) – CHMC com o traço 75/25 ........................................................... 88
FIGURA 4.13 (b) – CHMC em detalhe e ampliada com o traço 75/25. Presença de
tamanhos diferentes do endocarpo e de elementos Fibrosos ......... 89
xvii
FIGURA 4.13 (c) – CHMC em detalhe e ampliada com o traço 75/25. Presença de
tamanhos menores do endocarpo, menos sujeita a vazios e
interstícios ...................................................................................... 89
FIGURA 4.14 (a) – CHMC com o traço 75/25 ........................................................... 90
FIGURA 4.14 (b) – CHMC em detalhe e ampliada com o traço 50/50. Presença de
tamanhos maiores do endocarpo gerando vazios e interstícios ..... 91
FIGURA 4.14 (c) – CHMC em detalhe e ampliada com o traço 50/50
mostrando a boa característica adesiva entre a mamona
e o resíduo fibroso.......................................................................... 91
FIGURA 4.15 (a) – CHMC fabricada com o traço 25/75 ........................................... 92
FIGURA 4.15 (b) – CHMC em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 25/75
mostrando a boa característica adesiva entre a mamona
e o resíduo fibroso.......................................................................... 93
FIGURA 4.16 (a) – CHMC fabricada com o traço 25/75 ........................................... 94
FIGURA 4.16 (b) – CHMC em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 0/100 ..... 94
FIGURA 4.17 (a) – CHMC fabricada com traço 100/0 e resina à base de
mamona no colchão para ser encaminhada a prensa aquecida ...... 95
FIGURA 4.17 (b) – Detalhe do escorregamento dos endocarpos no colchão.............. 96
FIGURA 4.18 (a) – CHMC fabricada no traço 100/0 ................................................. 96
FIGURA 4.18 (b) – CHMC em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 100/0 ..... 97
FIGURA 4.19 – CHMC com traço 100/0 onde se verifica a presença da
mamona entre os interstícios gerados pelos endocarpos ............... 97
FIGURA 4.20 (a) - acabamento da PHFV-MC ........................................................... 98
FIGURA 4.20 (b) - PHFV –MC após corte dos corpos-de-prova ............................... 99
FIGURA 4.20 (c) - Acabamento da PHFV-MC (eventual presença de bolhas) ........ 99
FIGURA 4.20 (d) - Diferenças de espessuras obtidas na PHFV-MC ....................... 100
FIGURA 4.20 (e) - Detalhe do Acabamento e distribuição dos resíduos .................. 100
FIGURA 4.21 – Diagrama de absorção de umidade até o estado de saturação ......... 101
FIGURA 4.22 (a) - Diagrama σ x ε para a PHFV – MC no estado seco ................. 104
FIGURA 4.22 (b) - Diagrama σ x ε para a PHFV – MC no estado úmido .............. 105
FIGURA 4.23 – Microfissuração na matriz antes da fratura final da PHFV-MC..... 110
FIGURA 4.24 (a) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado seco ........... 111
FIGURA 4.24 (b) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado seco........... 111
FIGURA 4.24 (c) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado seco ........... 111
xviii
FIGURA 4.24 (d) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado seco........... 111
FIGURA 4.25 (a) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado úmido........ 111
FIGURA 4.25 (b) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado úmido ....... 111
FIGURA 4.25 (c) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado úmido........ 112
FIGURA 4.25 (d) - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado úmido ....... 112
FIGURA 4.26 (a) - Ruptura de fibras de vidro contínuas na interface com o véu ..... 113
FIGURA 4.26 (b) – Delaminação entre as fibras e véu e microfissuras no véu ........ 113
FIGURA 4.26 (c) – Região de microfissuras na camada de resíduo híbridos............ 114
FIGURA 4.26 (d) – Fratura adesiva na interface entre carga híbrida e a matriz........ 114
FIGURA 4.27 – Desenho esquemático da característica da fratura na PHFV-MC .. 115
FIGURA 4.28 (a) – Diagrama Tensão x Deflexão no estado seco............................. 116
FIGURA 4.28 (b) – Diagrama Tensão x Deflexão no estado úmido ........................ 117
FIGURA 4.29 – A ação do momento fletor agindo sobre a PHFV-MC produzindo
os efeitos de tração e compressão .................................................... 119
FIGURA 4.30 (a) – Camada trativa fraturada (flexão em estado úmido) ................. 120
FIGURA 4.30 (b) – Detalhe da camada trativa fraturada
(flexão em estado úmido) .............................................................. 120
FIGURA 4.31 (a) – Corpos-de-prova fraturados na região de tração
(flexão em estado seco) .................................................................. 121
FIGURA 4.31 (b) – Detalhe do corpo de prova fraturado na região de tração
(flexão em estado seco ) ................................................................. 121
FIGURA 4.32 – Esmagamento superficial do corpo de prova na flexão
em estado úmido e de alguns danos causados no ensaio ................. 121
FIGURA 4.33 (a) – Fratura adesiva interface matriz/endocarpo ............................... 123
FIGURA 4.33 (b) – Delaminação na interface fibra de vidro contínuo e manta
além de uma microfissura na matriz ................................................ 123
FIGURA 4.33 (c) – Microfissuras na camada da carga híbrida e na matriz .............. 124
FIGURA 4.33 (d) – carga híbrida endocarpo e resíduo de derivados de
moveis e madeira. Sem fratura nesta região .................................... 125
FIGURA 4.33 (e) – Fenda na camada do véu se transformando em
delaminação ante as camadas véu/carga híbrida ............................. 125
FIGURA 4.34 – Ensaios de densidade da CHMC ..................................................... 129
FIGURA 4.35 – Gráfico teor de endocarpo seco versus densidade
média da CHMC ............................................................................. 130
xix
FIGURA 4.36 – Curvas dos ensaios de teor de umidade da CHMC ......................... 132
FIGURA 4.37 – Gráfico teor de umidade médio em relação ao teor de
endocarpo seco na CHMC ............................................................... 133
FIGURA 4.38 (a) – Teor de absorção em relação ao teor de resíduos na CHMC
para 2 horas ...................................................................................... 134
FIGURA 4.38 (b) – Teor de absorção em relação ao teor de resíduos na CHMC
para 24 horas .................................................................................... 135
FIGURA 4.39 - Gráfico comparativo entre a quantidade de absorção de água e a
quantidade e endocarpo seco na CHMC.......................................... 136
FIGURA 4.40 (a) – Gráfico do inchamento de espessura em relação aos corpos
de prova em função do teor de resíduos usados na CHMC
para 2hs ............................................................................................. 140
FIGURA 4.40 (b) – Gráfico do inchamento de espessura em relação aos corpos
de prova em função do teor de resíduos usados na CHMC
para 24hs .......................................................................................... 140
FIGURA 4.41 - Gráfico comparativo entre a quantidade de inchamento de
espessura e a quantidade de endocarpo seco na CHMC ................. 141
FIGURA 4.42 – Gráfico resistência à tração perpendicular em função
dos traços da CHMC....................................................................... 143
FIGURA 4.43 – Gráfico da média da resistência à tração perpendicular em
relação ao teor de endocarpo seco nos traços da CHMC................ 145
FIGURA 4.44 – Gráfico representativo da área de redução e
recuperação da RTP ....................................................................... 148
FIGURA 4.45 – Esforços no ensaio de flexão Estática na CHMC ........................... 149
FIGURA 4.46 (a) – Variação do MOE dos corpos-de-prova de cada traço
para a CHMC .................................................................................. 150
FIGURA 4.46 (b) – Variação do MOR dos corpos-de-prova de cada traço
para a CHMC .................................................................................. 150
FIGURA 4.47 (a) – Gráfico do MOE x Teor do endocarpo seco da CHMC ........... 152
FIGURA 4.47 (b) – Gráfico do MOR x Teor do endocarpo seco da CHMC ........... 152
xx
LISTA DE TABELA
TABELA 2.1 – Características cultivares dos coqueiros anão, gigante e híbrido.......... 6
TABELA 2.2 – Percentual dos componentes do coco no estado seco ........................... 8
TABELA 2.3 – Áreas por região disponibilizadas para uso de matéria-prima ............ 17
TABELA 2.4 - Quantidade e valor dos produtos da silvicultura,
por produto na região ............................................................................ 20
TABELA 2.5 - Designação e composições típicas das fibras de vidro comerciais ......................25
TABELA 3.1 – Quantidade de resíduo por traço de fabricação ................................... 47
TABELA 3.2 – Composição da cola usada na fabricação da CHMC ......................... 49
TABELA 3.3 - Dimensões dos corpos de prova (ABNT 14810 – 3)........................... 56
TABELA 3.4 - Dimensões dos corpos de prova para os ensaios mecânicos de tração
uniaxial e flexão em três pontos em valores médios ............................ 64
TABELA 3.5- Dimensões dos corpos de prova para o ensaio de absorção de
umidade em valores médios .................................................................. 64
TABELA 4.1 - Comparativo TG entre os endocarpos secos ....................................... 77
TABELA 4.2 – Comparativo entre as curvas TG – DTA para endocarpo seco........... 82
TABELA 4.3 – Característica granulométrica dos endocarpos secos .......................... 85
TABELA 4.4 – Densidade estimada* do endocarpo seco ............................................ 86
TABELA 4.5 – Característica dimensional dos corpos de prova da PHFV-MC ...... 101
TABELA 4.6(a) – Comparativo entre os estados seco e úmido nos ensaios de
tração uniaxial................................................................................... 105
TABELA 4.6(b) – Comparativa entre os estados seco e úmido saturado na tração
uniaxial em função da dispersão dos parâmetros ............................. 106
TABELA 4.7 – Comparativa entre os estados seco e úmido saturado na flexão
em três pontos em função dos valores médios ................................ 117
TABELA 4.8 – Comparativa entre os estados seco e úmido saturado na flexão
em três pontos em função da dispersão dos parâmetros .................. 117
TABELA 4.9 – Comparativa entre a PHFV-MC e a PHFVS-A ................................ 126
TABELA 4.10 – Densidade da CHMC versus teores dos resíduos .......................... 129
TABELA 4.11 – Diferença absoluta entre os teores dos resíduos na CHMC ........... 131
TABELA 4.12 – Absorção de umidade da CHMC versus teores dos resíduos ........ 132
TABELA 4.13 – Diferença absoluta entre os teores dos resíduos na CHMC ........... 133
TABELA 4.14(a) – Média do Teor de Absorção em função
xxi
dos traços da CHMC 2hs ................................................................ 135
TABELA 4.14(b) – Média do Teor de Absorção em função
dos traços da CHMC 2hs ................................................................ 135
TABELA 4.15 – Dispersão absoluta entre os traços dos resíduos na CHMC ........... 137
TABELA 4.16(a) – Média do Inchamento em espessura dos corpos de prova
em função dos traços da CHMC em 2hs ........................................ 139
TABELA 4.16(b) – Média do Inchamento em espessura dos corpos de prova
em função dos traços da CHMC em 24hs ...................................... 139
TABELA 4.17 – Dispersão absoluta entre os traços dos resíduos para o
inchamento em espessura da CHMC .............................................. 141
TABELA 4.18 – Média da resistência à tração perpendicular dos corpos
de prova em função dos traços da CHMC ...................................... 144
TABELA 4.19 – Diferença absoluta entre os traços dos resíduos para a
resistência à tração perpendicular da CHMC ................................. 144
TABELA 4.20 – Corpos de prova e seus respectivos módulos de elasticidade
e ruptura com relação a cada traço fabricado da CHMC ................ 151
TABELA 4.21 – Resumo das reduções do MOE e MOR em relação
ao traço da CHMC .......................................................................... 154
TABELA 4.22(a) - Dispersão absoluta do MOE em relação aos
traços da CHMC ............................................................................. 154
TABELA 4.22(b) - Dispersão absoluta do MOR em relação aos
traços da CHMC ............................................................................. 154
TABELA 4.23 – Quadro geral dos parâmetros obtidos dos ensaios da CHMC........ 154
TABELA 4.23(continuação) – Quadro geral dos parâmetros obtidos dos ensaios
da CHMC ......................................................................................... 155
TABELA 4.24 – Valores normativos da norma CS 236-66 ....................................... 156
xxii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM
American Society For Testing and Materials
CHMC
Chapa Híbrida Madeira Coco
CNPCo
Centro Nacional de Pesquisa de Coco
CS
Commercial Standard
DIN
German Institute For Standardization
DTA
Análise Termodiferencial
EMPARN
Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte
FAO
Organizações das Nações Unidas Para Agricultura e Alimentação
FV
Fibra de Vidro
HDF
Painel de Fibra de Alta Densidade
IBAMA
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente
LAMEM
Laboratório de madeira e Estrutura de Madeira
MDF
Painel de Fibra de Média densidade
MM
Madeira e Móveis
MOE
Módulo de Elasticidade
MOR
Módulo de Ruptura
PHFV-MC
Placa Híbrida de Fibra de Vidro e Madeira - Coco
PHFVS-A
Placa Híbrida de Fibra de Vidro Simula com Areia
PHPR
Placa Híbrida de Plástico Reforçado
PNUD
Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento
RTP
Resistência à Tração Perpendicular
TG
Termogravimetria
UFRN
Universidade federal do Rio Grande do Norte
USP
Universidade São Paulo
1
1 – INTRODUÇÃO
No estado do Rio Grande do Norte existe grande quantidade de resíduos ainda não
aproveitados, gerados pelas indústrias moveleiras do estado. Estes surgem em função da
fabricação de produtos como janelas, móveis, portais, estruturas de madeira em geral a partir
de painéis de madeira aglomerada ou painéis do tipo MDF, HDF e OSB, inclusive resíduos de
serrarias, como maçaranduba, freijó entre outros. Além disso, esses resíduos são
disponibilizados para serem usados em jardinagem, enchimento de objetos decorativos ou
queima em fábricas de cerâmicas, mas sem apresentar um reaproveitamento significativo para
empresas do ramo uma vez que essas empresas não aproveitam seus resíduos gerados, na
maioria dos casos, são empilhados e mantidos à disposição para o uso por interessados
Este fenômeno não atinge apenas ao Rio Grande do Norte, mas também a outros
estados brasileiros, principalmente os estados da região Sul e Sudeste, onde se localiza um
dos pólos de produção madeireira e moveleira no país. No Nordeste, apenas a Bahia e
Maranhão apresentam setor madeireiro significativo e relevante. No Rio Grande do Norte o
setor madeireiro se resume à fabricação de móveis, comercialização de madeiras com fins
estruturais, a produção de lenha e carvão vegetal sem parcela significativa para o setor.
Resíduos como o bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, restos de demolição,
resíduos de serrarias, fibra de coco, seja verde ou na condição seca, já foram pesquisados e
aplicados em compósitos reforçados e em painéis de madeira. Mas a utilização desses
resíduos lignocelulósico ainda é um novo campo de análise e de experimentação e o desafio
atual implica em combinar fatores como disponibilidade dos resíduos lignocelulósico, sua
renovação, utilização e reutilização, inclusive agregando valor, com o respectivo
desenvolvimento regional, social e econômico.
Outro aspecto que deve ser considerado quanto à possibilidade do uso de resíduos da
indústria moveleira e os de derivados de produtos madeireiros é a necessidade de uma maior
quantidade de matéria-prima necessária para abastecer esses setores produtivos que estão
passando por um déficit na matéria-prima gerado pela demanda crescente e a diminuição da
oferta da madeira. Situação que já ocorreu no começo da formação da indústria de base
florestal no sul do país que, com a diminuição da oferta de matéria-prima na década de 60, a
demanda passou a ser atendido, também, pela região norte.
O processo prosseguiu com a mesma dinâmica, porém com as espécies nativas sendo
alvo dos setores madeireiros, o que acarretou a continuação do déficit na oferta da matéria-
2
prima, uma vez que a diminuição da floresta nativa, com o crescente aumento da demanda,
poderia gerara desequilíbrio no bioma amazônico. Além do mais, nem mesmo a madeira de
reflorestamento, basicamente composta de madeira de pinus e eucaliptus, que estão sendo
usados atualmente, foi suficiente, pois, mais uma vez, apresenta-se o déficit entre a oferta e a
demanda.
Mas a demanda é crescente. Hoje os produtos derivados do setor madeireiro não se
resumem apenas à fabricação de móveis, mas também, na obtenção do papel e celulose,
embalagens, siderurgia e outros. Essas diversificações dos produtos geram uma maior
alternativa para o mercado, mas também uma exigência de uma maior oferta de matériaprima.
Atualmente, já se buscam alternativas para esse “apagão” que passa pela legislação
ambiental, vigente no país, bem como pelos esforços de pesquisadores, produtores e
ambientalistas na busca de alternativas não agressivas para a natureza. Hoje se tem a
compreensão da importância da cobertura vegetal na influência do clima global, na formação
do ecossistema e da necessidade de se explorar de forma racional os seus recursos gerando
pesquisas, empregos, rendas, entre outros aspectos. Dessa forma a inserção dos resíduos de
origem lignocelulósica se impõe, natural e forçosamente, haja vista a quantidade de material
que, a cada ano, é devolvido ao ambiente como desperdício.
Quanto à situação dos recursos florestais na região nordestina do Brasil o que se pode
colocar é que o Nordeste foi a primeira região a sofrer com o desmatamento e a depredação
do ambiente, desde o começo da colonização quando os europeus aqui estiveram. A mata
Atlântica, hoje extinta na região, sofreu essa exploração predadora. A caatinga também é um
bioma com risco de extinção, principalmente pelo fenômeno da desertificação, em função da
exploração não planejada de seus recursos, as queimadas, a substituição da mata nativa por
monoculturas, abertura de pastos para gado, além do aumento da temperatura pelo
aquecimento global e diminuição das chuvas. Há pesquisas que buscam o uso da caatinga de
forma racional e sustentável. Há trabalhos que apontam a possibilidade de reflorestamento
para o uso industrial pelo setor madeireiro e propriamente o manejo feito de forma correta
possibilita esse investimento. Mas são ações que passam pela recuperação e proteção do
bioma caatinga e do que resta da vegetação nativa do nordeste.
Outro resíduo lignocelulósico que atende uma determinada necessidade da indústria de
derivados do coco é o endocarpo do coco seco, cujas propriedades ainda não foram
amplamente discutidas e há poucos trabalhos publicados nessa direção. Sua utilização ainda é
como fonte alternativa de energia pelas indústrias do segmento, matéria-prima para artigos
3
artesanais, na fabricação de carvão ativado e decoração de móveis, fabricação de botões, entre
outras.
Mas, se já existe valor agregado ao endocarpo do coco seco pelo mercado, o que falta
é um maior número de pesquisas voltadas para caracterizar as propriedades deste material e
que seja possível sua utilização pelo setor industrial, uma vez que o endocarpo é um material
extremamente duro, resistente a ação de microorganismos, lustroso e, principalmente,
abundante na região nordeste que apresenta a maior produção de coco no país.
Para se ter uma idéia do investimento na área do coco no nordeste, em 2004, no Brasil
a área destinada ao plantio foi de 288.142 ha, sendo 236.068 ha no Nordeste, representando
82% de área para colheita do coco-da-bahia. Isso gerou 1.467 822 toneladas de frutos
produzidas e no Brasil foi de 2.078 226, representando cerca de 70,0%, só com o Nordeste.
Mas, apesar de o Nordeste possuir a supremacia da produção do coco-da-bahia, ele foi
incapaz de gerar alternativas para aplicações mais nobres deste produto, a exemplo disso, só
existe atualmente três patentes depositadas no Instituto Nacional da Propriedade Industrial
sobre o uso do endocarpo do coco seco. É pouco investimento aplicado a este resíduo e,
efetivamente, além de possuirmos a matéria-prima em abundância, temos também a
responsabilidade de assumir novos investimentos e tecnologias na obtenção de novos
produtos e patentes originadas da investigação científica do endocarpo do cocos nucífera linn.
Alternativas ecologicamente corretas, com potencial técnico e econômico, viabilizarão
soluções para os graves problemas como desmatamento e outros. Nesse sentido, uma proposta
alternativa é apresentada nesta tese com relação ao uso do resíduo de serrarias e/ou indústria
moveleira coadjuvado ao endocarpo do coco seco, de modo que a produção de uma carga
híbrida para a fabricação de painéis aglomerados e para compósitos híbridos reforçados com
fibras de vidro, possa suprir lacunas na renda dos estabelecimentos rurais, bem como
estabelecer novos caminhos de desenvolvimento para a região.
Dessa forma, a utilização de “resíduos híbridos”, ou seja, uma mistura híbrida de
resíduos de derivados de madeira e móveis com partículas do endocarpo do cocos nucífera
linn, para a fabricação de painéis partículas aglomeradas e, também, como carga no
desenvolvimento de novas configurações para tubulações em compósitos de plástico
reforçado será estudado, com ênfase nas propriedades físicas, no desempenho mecânico
(resistência e rigidez), na característica da fratura, para os dois novos produtos desenvolvidos.
Além disso, para o caso da placa híbrida com configuração de tubos em plástico reforçados,
será feito o estudo da influência da condição ambiental adversa através da absorção de
umidade plena (estado de saturação) nessas propriedades.
4
A opção da escolha dos resíduos lignocelulósicos seja os derivados de madeira e
móveis ou os endocarpos do cocos nucífera linn, para esta pesquisa, justifica-se pela
necessidade do aproveitamento da grande quantidade desses resíduos disponíveis no Rio
Grande do Norte.
Em relação aos resíduos de madeira e móveis, ainda não existem no Estado indústrias
que fabriquem painéis de madeira, quer seja por fibras ou aglomerados, além de não haver o
reaproveitamento do resíduo gerado nas empresas do ramo de madeira e móveis. E no que se
refere ao endocarpo, além de sua disponibilidade regional, há poucas aplicações no mercado
para este resíduo.
Esta pesquisa tem como proposta estudar a viabilidade da utilização dos resíduos
lignocelulósicos provenientes de derivados dos produtos de madeira e móveis coadjuvado ao
endocarpo seco do cocos nucífera linn. Dessa forma é objetivado nesta pesquisa:
•
Aplicar os resíduos lignocelulósicos na fabricação de chapas homogêneas de
partículas aglomeradas;
•
Estudar o efeito da variação da composição entre os resíduos nas propriedades
físicas e mecânicas;
•
Realizar estudo para a caracterização do endocarpo seco;
•
Usar os resíduos lignocelulósicos como carga na fabricação de uma placa
híbrida reforçada com fibra de vidro;
•
Definir uma configuração híbrida para a placa fabricada;
•
Analisar as propriedades físicas e mecânicas da placa híbrida reforçada com
fibra de vidro e carga lignocelulósica.
5
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo constará da revisão bibliográfica, abrangendo aspectos referentes às
matérias-primas utilizadas nesta pesquisa.
2.1 - O COQUEIRO
O coqueiro, o Cocos Nucífera Linn, é uma árvore da família das Palmae, uma das mais
importantes famílias da classe Monocotyledoneae, que possui mais de 200 gêneros com mais
de 200 espécies. Há algumas opiniões que apontam à origem do coqueiro nos arquipélagos do
Pacífico, outras no sudeste da Ásia e há os que julgam provenientes do continente africano
(SEAGRI, 2006), (CAMBOIM, 2003).
No Brasil, o coqueiro, como é mais conhecido, desenvolveu-se, principalmente, no
Nordeste em toda sua faixa litorânea. Sabe-se que o coqueiro foi introduzido em 1553 pelos
portugueses, Gomes (1980), na Bahia, de onde surgiu seu nome popular no Brasil, “coqueiro
da Bahia” ou “coqueiro da praia”.
O coqueiro é uma das principais culturas agrícolas existentes não apenas no Brasil
como também em mais de 80 países tropicais, pois além de ser uma cultura perene ela pode
gerar valor agregado ao resíduo não utilizado pelas indústrias em geral, bem como fomentar
uma economia auto-sustentável em torno dessa cultura. Atualmente, a região nordestina é
responsável por 70% da produção nacional tendo em vista as suas condições climáticas que
favorecem o seu plantio nesta região.
O coqueiro é constituído de uma única espécie, o Cocos Nucifera Linn e divide-se em
dois grandes grupos, o coqueiro gigante e o coqueiro anão. Cada grupo contém um número de
variedades (Souza et al., 2003), (Ribeiro et al., 1999). O coqueiro anão foi introduzido no
Brasil em 1921, por Artur Neiva e Miguel Calmon, após retorno de uma viagem feita ao
oriente, motivados pela precocidade da produção e facilidade da colheita dos frutos. No
entanto, conforme Ferreira Neto (2005), o coqueiro anão foi cultivado entre 1925 a 1939
oriundos do norte da Malásia.
Um terceiro tipo de coqueiro, gerado pelo cruzamento das espécies gigante e anão,
chamado de coqueiro híbrido, também atende o mercado brasileiro com matéria-prima para as
indústrias do ramo. O coqueiro híbrido é o resultado de estudos desenvolvido pelo Centro
Nacional de Pesquisa de Coco (CNPCo), unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa
Agropecuária (AGÊNCIA BRASIL, 1999)
6
A tabela 2.1, apresentada por Silva (2002) mostra as características cultivares dos
coqueiros.
Tabela 2.1 – Características cultivares dos coqueiros. Fonte: Silva (2002)
CARACTERÍSTICA
ANÃO
HÍBRIDO
GIGANTE
Início da floração (anos)
2 a 3(precoce)
3 a 4(intermediário)
5 a 7(Tardio)
Vida útil (anos)
30 a 40
50 a 60
60 a 80
Tamanho do fruto
Pequeno
Intermediário/grande
Grande
Crescimento porte
Lento
Intermediário
Rápido
(altura)
8 a 10m
20m
35m
Produção (fruto/ano)
200 a 250
120 a 150
60 a 80
Peso do fruto
900g
1200g
1400g
Peso da noz
550g
800g
700g
Peso de albumen
250g
400g
350g
Destino da produção
Água
Agroindústria/culinária/água
Agroindústria/culinária
2.1.2 - O FRUTO
O coco é o fruto do coqueiro, uma drupa formada de epicarpo, mesocarpo, endocarpo,
tegumento e albúmen. O tegumento reveste o endosperma caracterizando-se por uma película
fina e de cor marrom quando completamente maduro, Ferreira Neto (2005). O epicarpo é
caracterizado como a parte externa do fruto, sendo lisa e fina. Quando o fruto não está
amadurecido assume uma coloração esverdeada ou amarelada, quando amadurecido torna-se
seca e castanha (ANDRADE et al. 2004).
O epicarpo envolve a parte fibrosa do fruto, o Mesocarpo, parte bastante grossa com
uma camada fibrosa de 3 a 5 cm de espessura, Quando o fruto esta no estado seco apresenta
coloração acastanhada (ANDRADE et al. 2004).
O mesocarpo é a parte cujas fibras de espessuras diferentes apresentam, segundo
Brady (1951) e Bledzki (1996), alto teor de lignina (30% a 45%), além de celulose (43% a
53%) e a hemicelulose, em torno de 0,3%. Dele podem ser extraídas, fibras de diversos
comprimentos que são utilizadas pela indústria para diversas aplicações tais como, almofadas,
carpetes, tapetes, colchões, cordas marítimas, na indústria automobilística, entre outras
aplicações (REBELO et al. (2000)).
Razera et al (2006) caracterizou as fibras de coco com 43,4 % de celulose, 38,3 % de
lignina, 14,7 % de hemicelulose, 10,5 % de umidade e 3,5 % de finos. A diferença constatada
7
em Agopyan e Savastano (1997), Como também em Bledzki (1996) e Salazar et al. (2005),
apesar dos valores dos teores diferirem, os elementos constituintes para a fibra de coco são os
mesmos.
Na parte mais interna, logo abaixo do mesocarpo, temos o endocarpo conhecido
também como “Quenga” ou “Casquilho”. Camada duríssima do fruto, de aspecto escuro e de
espessura variável de três a seis milímetros, segundo Gomes (1980) e Ferreira Neto (2005),
tendo varias finalidades industriais sendo muito utilizada na fabricação de peças artesanais e
ornamentais e, principalmente, na fabricação de carbono ativado.
Logo a seguir, temos o tegumento que reveste o endosperma caracterizando-se por
uma película fina e de cor marrom quando completamente maduro.
O endosperma, conhecido também como albúmen ou semente, é constituído por uma
parte sólida e outra líquida. A parte sólida é uma camada branca, do tipo carnoso e espesso,
conforme a idade do fruto.
O endosperma líquido é conhecido como “água de coco”. Este preenche toda a parte
interna do fruto, com função de nutrir a nova planta quando da germinação. Na figura 2.1
abaixo, apresentada por Ferreira Neto (2005), ilustram-se as partes que compõem o fruto do
coqueiro.
MESOCARPO
EPICARPO
ENDOCARPO
Figura 2.1 - Partes que compõem o coco seco
Fonte: Ferreira Neto, 2005
O desenvolvimento do fruto necessita de 12 meses, desde a diferenciação floral até a
maturação completa.
O endosperma sólido nas variedades gigante e híbrido é mais espesso que na variedade
anã. Tanto a semente quanto o fruto variam na sua forma, tamanho e peso. Podem ser longos,
8
ovóides a quase redondos, sendo influenciados geneticamente e por condições ambientais.
(CAMBOIM, 2003).
O fruto chega a um peso médio de 3 a 4 kg. A tabela 2.2 apresenta a composição
média em valores percentuais dos componentes do fruto (CAMBOIM, 2003).
Tabela 2.2 – Percentuais dos componentes do coco no estado seco, (CAMBOIM, 2003)
COMPONENTES
COMPOSIÇÃO (peso) (%)
Mesocarpo
35
Endocarpo
12
Amêndoa (endosperma sólido)
28
Água de coco (endosperma líquido)
25
Os valores apresentados nesta tabela servem como parâmetro aproximado para
identificar o rendimento da copra (refere-se à amêndoa do coco) do fruto maduro com vários
tamanhos e de mesma variedade, sem a necessidade de partir o fruto ou descascá-lo. Dessa
forma, o peso médio em uma amostragem de 100 frutos deve estar compreendido entre 5 a
6% de erro e, em 500 frutos, em torno de 2,5% quando os diferentes pesos variam de 1 a 3%
(CAMBOIM, 2003).
O Brasil é o quarto produtor de coco no mundo, tendo a Indonésia, Filipinas e Índia
como os maiores produtores que juntos fazem 74% da produção mundial. A área cocoicultura
no Brasil é de 30 0.000 ha, sendo que destes, 90.000 ha são referentes ao coqueiro anão e 85%
são comercializados como seco (FERREIRA NETO, 2003), (SENHORAS, 2003).
Em relação à produção do fruto no Brasil, o mesmo produz anualmente cerca de 800
milhões de cocos, sendo a região nordeste a maior produtora de coco. Os estados da Bahia,
Ceará, Pernambuco, Rio Grande do Norte e Alagoas são os principais produtores da região
(Souza, 2003). O Rio Grande do Norte apresentou uma área colhida de 30.301 hectares para
uma produção de 81000 toneladas em 2006 (IDEMA, 2007).
Senhoras (2003) relata que a maior parte da produção brasileira de coco proveniente
do coqueiro gigante são utilizadas pelas indústrias do ramo para comercialização de produtos
como leite de coco, coco seco ralado, entre outros, e o restante são utilizadas e consumidas,
ainda verde, para a industrialização da água de coco.
O coqueiro anão teve seu impulso ainda na década de 90 sendo produzido para o
consumo ainda verde tendo em vista as características medicinais da água de coco
(SENHORAS, 2003).
9
O coco é a terceira fruta mais produzida no Brasil, porém, apesar de ser um dos
maiores produtores mundiais, ainda não alcançou a autonomia, pois o país importa mais o
produto do que exporta, provocando o declínio do coqueiro gigante, segundo relatou Ripardo
(2000).
Essa diferença acarreta uma concorrência “desleal” na produção de derivados do coco
com os produtores asiáticos que subsidiam o fruto (fornecem a terra, os insumos aos
produtores, compram a produção e o salário do trabalhador asiático é bem menor do que o
brasileiro) com isso o preço diminui e fica mais rentável para a indústria brasileira utilizar
derivados do coco importados do que comprar o produto no país.
Outro ponto a considerar no declínio da produção do coqueiro gigante é o crescente
aumento no consumo de água de coco produzido pelo coqueiro anão. Fenômeno estudado por
Ripardo (2000), informando, na época, que o consumo de água de coco tinha duplicado em
cinco anos.
2.1.3 - O ENDOCARPO
O endocarpo é a parte dura do fruto que reveste o endosperma, que é a amêndoa, a
qual é inicialmente líquida e com o amadurecimento do fruto adquire solidez, de forma que,
quando o fruto está completamente maduro há pouca ou quase nenhuma água no interior do
fruto.
Quando o fruto não está maduro o endocarpo, que é a parte dura do fruto, apresenta
consistência amolecida e facilmente quebrável. Quando o fruto amadurece, reveste-se de cor
escura e torna-se extremamente duro e resistente e, quando maduro, resiste bem ao ataques de
fungos.
O endocarpo tem aspecto escuro e de espessura variável de três a seis milímetros,
tendo varias finalidades industriais. Forma-se já na primeira fase de germinação do fruto,
porém para que este germine é necessária pequena quantidade de água de coco tendo em vista
que o coco seco não germina. (GOMES, 1980) e (FERREIRA NETO, 2005).
A primeira fase consiste de 4 a 5 meses, período no qual ocorre o desenvolvimento da
amêndoa, da casca, casquilho e a água de coco que preenche totalmente o seu interior. Na
segunda fase, que leva de 6 a 8 meses, a casca e o endocarpo endurecem e engrossam. Na
terceira fase há o desenvolvimento e amadurecimento do endosperma. (SEAGRI, 2006).
10
Quando o fruto alcança 160 dias, aproximadamente, seu tamanho atinge o máximo e a
amêndoa (endosperma sólido) começa a se formar. Em 220 dias, o endocarpo amadurece e,
quando o fruto atinge 300 dias, a amêndoa está completamente formada. Finalmente, em 12
meses, o endocarpo está completamente maduro (SEAGRI, 2006).
O endocarpo, que se chama também de casca interna ou casquilho, é muito rijo e de
cor marrom-escura quando seco. Contribuí com a menor proporção da massa do fruto
descascado, constituindo cerca de 19% deste, ou seja, cerca de 150g de endocarpo para massa
de 890g do coco sem a casca externa ou mesocarpo.
O endocarpo seco apresenta altos teores de lignina em sua composição, além de
celulose e hemicelulose em quantidades menores, observação já conhecida desde 1937 e
reforçada em 1938 pelos trabalhos de Fleck e Child, respectivamente. A lignina que é
basicamente um polímero aromático constituído de um sistema heterogêneo e ramificado sem
nenhuma unidade repetidora definida. Ela ocorre na maioria das plantas, mas sua composição
não é idêntica em todas elas.
Siimer (2006) observa, ainda, que a lignina é um produto final do metabolismo da
planta. Dessa forma, as ligninas da madeira de fibras longas (coníferas), madeiras de fibras
curtas (folhosas) e as gramíneas possuem estruturas básicas muito diferentes entre elas. Dessa
forma é possível que os endocarpos possam diferir enquanto teores, mas não de estruturas
constitutivas dos seus endocarpos.
O endocarpo tem-se revelado uma das matérias-primas mais versáteis para a
manufatura de produtos industriais. Castor (1985), já nesta época, informou que a preparação
do endocarpo em forma de pó tem sido alvo de exploração comercial, principalmente pelos
países orientais, por seu valor como enchimento de plásticos termoestáveis e resinas e como
extendedor para a moldagem de laminados. Continua Castor (1985), na manufatura, estão
envolvidas as operações de desintegração, pulverização e classificação para a granulometria
apropriada, através da separação por peneiramento e por ciclone.
Torna lustrosos os acabamentos especializados das superfícies moldadas, além de
melhorar a resistências destas à umidade. Nos plásticos de fenol-formaldeído poderia
substituir total ou parcialmente a polpa de madeira na composição do pó para moldagem
(CASTOR, 1985).
O endocarpo cru pode ser comercializado para a produção de carvão ativado, ser usado
pelo seu poder calorífico, segundo informa Castor (1985) e atualmente é muito utilizado para
revestimento de paredes e móveis na forma de pastilhas, como também em caldeiras como
combustível e outros produtos ligados a atividades artesanais.
11
2.2 – A MADEIRA
O Brasil desde a sua descoberta ficou conhecido pela exuberância de suas florestas,
dentre elas um destaque especial para a Mata Atlântica, que ao longo da faixa litorânea
brasileira, figura 2.2, foi a primeira a sofrer a devastação pelos europeus que aqui aportaram.
Figura 2.2 – A diversidade da vegetação Brasileira
(Fonte: Guia Internet Brasil, 2006)
A variação do clima brasileiro ao longo de seu território gera uma diversidade de
vegetação e ambiente. Com o conhecimento dessa diversidade é possível alcançar um
desenvolvimento regional de forma racional ao ecossistema de cada região. A região
nordestina brasileira apresenta essa diversidade bem caracterizada em função das condições
climáticas a que é submetida ao longo do ano.
As plantas brasileiras apresentam-se em todas as formas de vida, conforme a posição e
proteção dos órgãos de crescimento em relação aos períodos climáticos, pois o país localizase entre a latitude de +5º16’32” e -33°44’32” e entre a longitude de -34º47’30” e -73º59’32”,
com altitudes que vão do nível do mar a mais de 3000 metros. Em conseqüência, apresenta
condições ecológicas variadas, desde o ambiente equatorial ao temperado do planalto
meridional, aonde chegam a ocorrer nevascas nos pontos mais altos da sua porção sul.
Apesar dessa exuberância florestal que há no Brasil não existe um planejamento do
uso desses recursos pelo setor público, inclusive toda produção florestal é originada do setor
privado, com recursos de florestas privativas e de reflorestamentos, utilizada para o setor de
produção de papel, celulose e outros produtos.
12
Atualmente, no Brasil, existem mais de 12 milhões de hectares em áreas de Florestas
Nacionais disponibilizadas para a concessão exploratória pelo setor privado, sendo fiscalizada
e gerida pelo governo brasileiro. Essas concessões são alvos de estudos e debates no setor
florestal brasileiro, inclusive esse sistema, de concessão de florestas públicas, já é utilizado
por muitos países como Estados Unidos, Canadá, Indonésia e Malásia. No entanto requer um
planejamento da exploração, inventário florestal, necessidades de infra-estrutura, entre outros
aspectos, respeitando a capacidade da floresta de se renovar de forma sustentada (GARCIA,
2002)
Mas, basicamente, toda floresta pública se encontra na região amazônica, sendo
necessário para as concessões dessas terras que o IBAMA defina as estratégias para as
Florestas Nacionais, levando em conta a viabilidade econômica e social da Região Amazônica
(GARCIA, 2002).
Na figura 2.3 mostram-se os Biomas Brasileiros e suas localizações. Ressaltamos que
a caatinga também faz parte desse sistema com suas diversidades e características próprias da
região (IBGE, 2008).
Figura 2.3 – O Bioma Brasileiro
(Fonte: IBGE, 2007)
A indústria de madeira sólida no Brasil começou pela região sul, fato que gerou o
desenvolvimento dessa região no século XIX. No entanto, a partir de 1960, com a redução da
matéria-prima local e o interesse do governo brasileiro vigente na época em expandir e ocupar
13
a região amazônica, favorecendo a integração desta região, ocorreu à transferência gradativa
do setor madeireiro para a região Norte do Brasil (ABIMCI, 2001).
A transferência da oferta da madeira sólida para a região norte não surtiu o efeito
desejado, uma vez que o consumo da mata nativa não acompanhou a reposição da floresta
criando mais um déficit neste setor e de conseqüências drásticas ao bioma amazônico já
alertado pelos órgãos protetores do governo e organizações não governamentais (ABIMCI,
2001).
Outra forma de solução foi iniciada por meios de incentivos fiscais oferecido aos
produtores, pelo governo brasileiro, para a implementação de madeira de reflorestamento. As
grandes áreas de florestas plantadas possibilitaram a expansão da indústria madeireira
brasileira. A produção florestal se desenvolve por meio das florestas de reflorestamento de
pinus e eucaliptus, originárias da região sul e sudeste do Brasil.
No entanto, a crescente demanda do consumo por produtos florestais está gerando,
novamente, um déficit quando comparado com a fonte de matéria-prima para a produção dos
produtos florestais importantes como o de papel e celulose, o moveleiro, o de carvão vegetal,
siderurgia, e a produção de chapas e de madeiras sólidas.
Nas figuras 2.4 e 2.5 ilustram-se as regiões que concentram as ofertas de matériaprima de pinus e eucalipto em 2004. Observa-se a concentração da matéria-prima na região
sudeste e sul que são os pólos de produtos florestais no Brasil (ABIMCI, 2004) e
(VALENÇA, 2002).
AP
MG
MS
SP
PR
SC
RS
Figura 2.4 - Áreas plantadas de Pinus.
Fonte: (ABIMCI, 2004)
14
AP
PA
BA
MG
MS
ES
SP
PR
SC
RS
Figura 2.5 - Áreas plantadas de Eucalipto.
Fonte: (ABIMCI, 2004)
Em 2002, segundo os estudos da época, apresentados pelo Programa Nacional de
Florestas, do Ministério do Meio Ambiente, eram necessários 450 mil hectares/ano de pinus e
eucaliptus de madeira cortada. No entanto, apenas 150 mil hectares foram replantados
gerando um déficit de 300 mil no referido período, considerando todo o segmento industrial
florestal brasileiro, pois, além disso, o uso de madeiras nativas tem sido reduzido ao longo do
tempo (MORAES et al., 2002). No entanto, desde 1997, o Ministério do Meio Ambiente já
alertava aos produtores quanto ao risco do “Apagão Florestal” para o ano de 2004, os cálculos
na época indicaram a necessidade do plantio de 300 mil hectares anuais para reverter a
situação.
Para se ter uma idéia da situação, 60% da madeira utilizada pela indústria moveleira é
proveniente de plantios e crescente uso do eucalipto, além disso, a indústria de papel e
celulose também disputa o fornecimento de madeira o que gera acirrada disputa por matériaprima.
Leite (2003), analisando o déficit de matéria-prima, apresentou as figuras 2.6 e 2.7 que
mostraou a falta da madeira de pinus para 2007 e, para o eucalipto, desde o ano de 2001.
Fenômeno também verificado por Scharf (2003) e Freitas (2005).
15
20.000
15.000
10.000
5.000
0
-5.000
-10.000
-15.000
-20.000
-25.000
2019
2017
2015
2013
2011
2009
2007
2005
2003
2001
-30.000
2019
2017
2015
2013
2011
2009
2007
2005
2003
2001
Figura 2.6 - Balanço Geral de oferta e demanda – Eucalipto (m3), Fonte: Leite (2003)
0
-5.000
-10.000
-15.000
-20.000
-25.000
-30.000
Figura 2.7 - Balanço Geral de oferta e demanda – Pinus(m3), Fonte: Leite (2003)
O equacionamento para a solução dessa situação envolve os produtores, os
ambientalistas, as organizações não-governamentais e o governo brasileiro, através dos
organismos de proteção ambiental, e deve ser resolvido antes que a situação alcance
patamares irreversíveis.
Leite, em 2003, apresentou as seguintes situações existentes no Brasil e que dificultam
o desenvolvimento do setor madeireiro.
•
inexistência de políticas públicas;
•
legislação complexa;
•
autoridade difusa;
•
clandestinidade da atividade madeireira;
16
•
estigmas setoriais:
o monoculturas;
o latifúndios;
o ocupação das áreas agrícolas;
o florestas abandonadas;
o Desvalorização da madeira;
o migrações populacionais;
o marginalização das comunidades locais.
Disso tudo resulta que o setor madeireiro brasileiro passa pelo mesmo processo
corrido no início das atividades madeireiras originado na região sul, a escassez da matériaprima em função do rápido consumo sem a necessária reposição da madeira consumida na
década de 60.
Esse problema foi resolvido pela transferência da oferta para a região norte, até que a
redução da oferta de madeira nativa reduziu drasticamente e, mais uma vez, foi transferido,
agora, para a oferta de madeira plantada de pinus e eucaliptus. Porém, isso não foi o bastante
para solucionar o problema entre a demanda, como mostrou Leite (2003) nas figuras 2.6 e 2.7,
e já identificado por Moraes (2002).
Freitas (2005) sugeriu que, além de outras considerações, em função das condições
atuais do fornecimento de matéria-prima para o setor madeireiro devem-se usar alternativas
para amenizar o risco de “apagão”, como por exemplo, a utilização de resíduos.
O Instituto Brasileiro da Qualidade no Paraná (1999) apresenta a mesma sugestão no
âmbito da utilização de resíduos de serrarias, sobras de reflorestamento, restos de indústrias
de móveis podem ser utilizados para a produção de painéis de madeira, podendo ainda, ser
acrescido bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz, palha de trigo e outros resíduos.
Porém alerta quanto a sua utilização, pois além das dificuldades de aquisição e
transporte dos resíduos, há a compra de equipamentos e/ou a adaptação de equipamentos já
existentes tendo em vista que a aquisição de novos equipamentos obrigaria a novos
investimentos. No entanto, usando como exemplo a produção brasileira de chapa aglomerada,
que usa o pinus na produção das chapas, o Instituto Brasileiro da Qualidade no Paraná (1999)
mostrou que há possibilidade de redução de até 67% na economia da matéria-prima se
utilizassem resíduos ao invés de madeira roliça.
Na tabela 2.3, apresentada por Garcia (2002), mostram-se áreas de florestas nacionais
que poderão ser disponibilizadas para matéria-prima e serão sujeitas aos novos mecanismos
de acesso.
17
Tabela 2.3 – Áreas por região disponibilizadas para uso de matéria-prima
Fonte: Garcia (2002)
REGIÃO
Região Norte
Região Nordeste
Região Sudeste
Total
ESTADO
ÁREA (ha)
Amazonas
7.362.823
Acre
173.475
Roraima
2.664.683
Pará
1.419.600
Amapá
412.000
Rondônia
495.000
Ceará
38.262
Minas Gerais
348
Espírito santo
2.931
Rio de janeiro
493
São Paulo
4.347
12.589.187
Como se percebe apenas o estado do Ceará, no nordeste brasileiro, pode desenvolverse no setor por meio de concessões destas áreas, além da grande disponibilidade da região
norte para concessão de florestas públicas no fornecimento de matéria-prima para o setor
madeireiro.
O grande desafio é desenvolver negociações entre Governo, Produtores, Industriais e
os organismos de proteção ambiental de forma que as soluções atendam a geração de
tecnologias humanitárias e eco-sustentáveis. Identificar as causas e as possíveis soluções para
o setor não está no escopo desta tese. O interesse versa em apresentar uma alternativa, o
resíduo da indústria moveleira juntamente com o endocarpo do coco seco da Bahia, como
alternativas interessantes para complementar parte dessa demanda. Inclusive convergindo
para a região nordeste, carente e dependente das indústrias do sul e sudeste do país para seu
setor moveleiro e outros.
2.2.1 - O NORDESTE BRASILEIRO E OS RECURSOS FLORESTAIS
Os portugueses foram os primeiros europeus a explorar os recursos naturais dessa
região. Isso atiçou a cobiça de outros países como França, Inglaterra e Holanda que passaram
a disputar com os portugueses os recursos nordestinos, principalmente os da mata atlântica,
mais especificamente o Pau-Brasil, abundante no litoral do nordeste nesta remota época.
18
Nesta região, as árvores chegam a ter 30 metros de altura. No entanto a mata atlântica,
desde o começo da colonização do país tem sido depredada e substituída por lavouras de
cana-de-açúcar e hoje está praticamente extinta.
A diversidade da vegetação nordestina se deve especialmente às variadas condições
ambientais. Cerca de 60% são de terras semi-áridas e 40% de áreas úmidas costeira, chapadas
altas e a pré-amazônia maranhense. Possui uma vasta e rica vegetação, que inclui florestas,
como a Mata Atlântica, cerrados, caatinga, dunas e mangues (SILVA, 2000 e IBGE, 1977).
A Mata Atlântica apresenta grande umidade e se estende paralelamente ao litoral
brasileiro, a partir do cabo de São Roque no Rio Grande do Norte até o Rio Grande do Sul.
Ela faz parte da Zona da Mata Costeira e no sul da Bahia e norte do Espírito Santo é
conhecida também como Hiléia Baiana e mata dos tabuleiros, respectivamente. Tem a largura
média de 200 km e em alguns pontos chega até 350 km. Em suas áreas mais densas suas
árvores alcançam alturas entre 15 e 20 metros. Na Bahia, já na área chamada hiléia baiana a
vegetação é rica em espécie de madeira de lei, como o jacarandá, o jatobá, o cedro, a cerejeira
e o jequitibá.
No nordeste apenas o sul e o leste do Maranhão, sudoeste do Piauí e o oeste da Bahia
são as regiões que tem este tipo de vegetação, o cerrado. Além dos campos do planalto
central, outras regiões apresentam também essa vegetação como os cerrados de Minas Gerais,
Goiás, Mato Grosso, São Paulo, Paraná, Amazônia.
Os cerrados são formações herbáceo-lenhosas, com árvores de pequeno porte, de
troncos e galhos retorcidos e revestidos por espessa casca. São relacionadas ao clima quente
semi-úmido, com ausência de chuvas num período entre cinco e seis meses, suas áreas mais
distintas estão associadas a um relevo de chapadas e tabuleiros. (IBGE, 1977) e
(HASHIMOTO, 2002).
Na vegetação de praias, dunas e restingas encontram-se o Capim-da-areia, o alecrimda-praia, a pimenteira, a grama-da-praia e o capim-paraturá. Essa vegetação sofre a ação dos
ventos marinhos carregados de sal, areia e água do mar (IBGE, 1977).
O manguezal existe em quase toda região litorânea tropical mundial. Desenvolvem-se
em solos de pequena declividade, sob a ação de marés de água salgada. Uma das
características que variam em relação às regiões de manguezais é altura das árvores que, por
exemplo, no Maranhão e no litoral norte as espécies alcançam portes mais elevado formando
verdadeiras florestas. (IBGE, 1977).
A caatinga é a cobertura vegetal mais vasta na região nordeste. Este termo tem origem
indígena que significa “Mata Branca”. Corresponde a uma região, o semi-árido,
19
extremamente seca e é largamente vista na região. A mata se estende em todo nordeste e
trecho da região de Minas Gerais e vegetação é bastante heterogênea apresentando várias
formações que diferem em composição e fisionomia (HASHIMOTO, 2002).
Segundo o IBGE (1977), a caatinga é também conhecida como Sertão, Carrasco e
Seridó, apresenta uma série de variações na região: caatinga seca e agrupada; caatinga seca e
dispersa; caatinga arbustiva densa; caatinga das serras; caatinga da Chapada de Moxotó e a
caatinga do Litoral.
Nas partes mais úmidas existem bosques de palmeiras, especialmente a carnaubeira,
que têm todas as suas partes aproveitadas pelos habitantes locais. Outra região que merece
destaque é a que fica na transição entre a mata amazônica e a caatinga, chamada de região dos
cocais. Os coqueiros são vistos em todo o território nacional. Compreendem os estados do
Maranhão, Piauí e também Mato Grosso, Goiás e Rondônia. a vegetação é composta de
muitas dicotiledôneas e monocotiledôneas (palmeira do tipo babaçu e carnaúba),
principalmente e por isto denominada “dicótilo-palmácea” (HASHIMOTO, 2002).
Por ser a mais vasta cobertura vegetal da região a caatinga tem sido alvo de pesquisas
que buscam além de meios e mecanismos de conservação deste bioma, avaliar o potencial
como recurso florestal que possibilitem um incremento ao desenvolvimento da região
nordestina.
Disso resulta que a caatinga é a maior fonte de recurso da população da região, bem
como, de fonte energética. No entanto, Meunier (2005) alerta quanto ao mau uso desses
recursos tendo em vista que a lenta regeneração e a baixas taxas de crescimento da caatinga
pode comprometer este bioma quando a exploração pode exceder ao limite de
sustentabilidade que ela suporta, ocasionando o desaparecimento de espécies desse
ecossistema.
Fátima Nascimento, em 2003, mostrou a viabilidade da produção de chapas de
madeira aglomerada utilizando como matéria-prima o Angico (Anaderanthera Macrocarpa), a
Jurema-Preta (Mimosa Tenuiflora) e a Algaroba (Prosopis Juliliflora) que são originários da
caatinga.
No entanto, apesar dessa vasta riqueza florestal, a caatinga tem sofrido com o fator
antrópico no passado e até nos dias atuais. Esse fator pode atuar para ajudar o
desenvolvimento humano sem alterar o ecossistema ou poderá por técnicas inadequadas gerar
sérios problemas, inclusive a desertificação, presente nos dias atuais em quase 15% da
caatinga considerado por Meunier (2004). Das 1.300 espécies de plantas existentes, cerca de
600 são lenhosas (MEUNIER, 2005).
20
O potencial madeireiro da caatinga é expresso pela utilização para a produção de
lenha, carvão e estacas, destacando-se entre outros, o angico, o angico bezerro, a catingueira
rasteira, jurema preta, umburana, sete-cascas, pau d’ arco, entre outros.
Outro aspecto a ser considerado com o intuito de aproveitamento dos recursos
florestais, além do apresentado por Fátima Nascimento (2003), é o reflorestamento estudado
por Poggiani (1982) que já nesta época indicava os benefícios da região semi-árida do
nordeste brasileiro, destacando de imediato a produção, em curto prazo, de madeira para fins
energéticos e para outras atividades mais nobres, como construção, serraria e outras
finalidades.
Na região nordestina o estado da Bahia fornece a maior parcela de produtos da
silvicultura, seja na produção de papel e celulose, seja na produção de carvão e lenha são
quase 90% de toda produção de produtos oriundos da silvicultura. O Maranhão, também
apresenta destaque na produção de madeira seja como lenha ou carvão. Isso se deve a região
localizada ao sul da Bahia e a zona de transição entre a caatinga e a mata amazônica, o meio
norte. Na tabela 2.4, apresentada pelo IBGE (2004), mostra-se um comparativo entre alguns
estados nordestinos com relação aos produtos da silvicultura na região.
Tabela 2.4 - Quantidade e valor dos produtos da silvicultura, por produto na região,
Fonte: IBGE (2004)
ESTADO DO
NORDESTE
MARANHÃO
MADEIRA
CARVÃO VEGETAL
LENHA
VALOR
VALOR
QUANTIDADE(t)
QUANTIDADE(t)
(R$ 1.000)
(R$ 1.000)
72.889
14.210
18.345
125
CEARÁ
1.909
784
---
---
RIO G. DO NORTE
76
23
55.384
290
PERNAMBUCO
---
---
5.284
118
BAHIA
TOTAL
188.696
263.570
111.389
126.305
1.017 716
1.096.693
10.851
11.115
O Rio Grande Norte, situado ao extremo nordeste do Brasil, ocupa uma área de
53.077,10 km2, apresenta relevo plano, com depressão na maior parte central e planaltos na
porção sul, que compõem extensão do planalto da Borborema.
A caatinga no Rio Grande do Norte se expressa por acentuado xeromorfismo(1) é o tipo
de caatinga mais comum no Nordeste brasileiro. Tem portes variáveis, dependendo da
profundidade do solo e do regime climático, podendo ser arbustiva, arbustivo-arbórea, com
densidade variando de densa a aberta.
21
O seridó é um tipo de caatinga que ocorre na porção centro-sul da mesorregião Central
Potiguar e apresenta xeromorfismo mais acentuado que a hiperxerófila. Este tipo, que é de
porte arbustivo e aspecto aberto, pode ser considerado um subtipo de caatinga hiperxerófila.
A Hipoxerófila é o outro tipo de caatinga com porte arbóreo ou arbustivo arbórea,
mais densa e apresenta xerofilismo menos acentuado que a hiperxerófila. Tem ocorrência a
leste da área de caatingas hiperxerófilas, isto é, na mesorregião Agreste Potiguar, além de
parte das porções leste e norte da mesorregião Central Potiguar e parte das porções oeste e
norte da mesorregião Leste Potiguar, onde o clima é mais ameno.
As florestas localizadas no estado potiguar se apresentam de três formas vegetativas a
subperenifólia, que é uma formação vegetal característica de zonas costeiras úmidas do litoral
oriental do Nordeste, porém, no Rio Grande do Norte ocorre em uma faixa estreita ocupando
áreas descontínuas entre formações secundárias (capoeiras) resultantes da atividade
antrópica(2). A subcaducifólia, esta é menos densa, e de porte menor que o da floresta
subperenifólia, que é caracterizada pela semi-deciduidade(3) em razão da presença de alguns
elementos que perdem as folhas no período seco.
A terceira formação é a caducifólia é uma formação florestal menos densa e mais
aberta do que a subcaducifólia, com pelo menos a maioria dos elementos componentes
dotados de folhas pequenas e caducas.
A caducifoliedade desta formação transforma, no período seco, sua fisionomia à quase
semelhança das caatingas. No Rio Grande do Norte, ocorre apenas no extremo sudoeste do
estado, onde a altitude se situa acima de 700m. Existem outras formações vegetativas como os
manguezais, os campos, as dunas entre outras.
O Rio Grande do Norte é um dos estados onde o processo de degradação da caatinga
demorou a acontecer, contudo a ação antrópica sobre a cobertura vegetal se deu mais
intensamente e mais severa para atender às necessidades da população, já que nos dias de
chuva a extração de lenha e carvão é cerca de 15% da renda do sertanejo e nos períodos de
estiagem chega a 100%. Isso acarreta o fenômeno da desertificação e degradação das espécies
nativas.
__________________________
Xeromorfismo(1) – Refere-se a características apresentadas pelos vegetais xerófitos (planta que se desenvolve
em região árida)
antrópica(2) – ação humana sobre a vegetação
deciduidade(3)– refere-se a queda das folhas no período seco
22
Oliveira (2006) apresentou a avaliação do estoque lenheiro, realizada por
PNUD/FAO/IBAMA em 1992 no Rio Grande do Norte, que indicou haver 52,2% da área do
estado coberta com vegetação nativa lenhosa explorável. Nessa época, em diagnóstico
comparativo realizado pelo IBAMA considerando os últimos 19 anos, foi constatado um
aumento de 21% na área desmatada no estado.
Apesar de já existirem, atualmente, reserva em áreas de caatingas, com vistas à
recuperação da cobertura vegetal é necessário que novos investimentos sejam realizados para
que o sertanejo tenha outras fontes de renda e que seja explorada de forma racional e
economicamente sustentável.
A título de exemplo, na pesquisa realizada pelo SEBRAE (2000) do Rio Grande do
Norte, em Currais Novos/RN, no setor moveleiro local, constatou-se que a maioria das
empresas do setor gera até 30 kg de resíduo por mês e quase todo material não é
comercializado.
2.3 – COMPÓSITOS DE FIBRAS DE VIDRO
A fibra de vidro é conhecida desde 1836 quando foi patenteado na Europa um método
de tecer vidro maleável. Em 1839 produziu-se o primeiro tecido de fibra de vidro e no ano de
1840 o produto começou a chegar ao mercado. Porém, somente um século depois, a fibra de
vidro passou a ser utilizada em isoladores de cabos e condutores elétricos. Em torno de 1940,
a fibra de vidro começou a ser utilizada de uma forma mais ampla com o desenvolvimento
das resinas sintética (POLEDNA, 2005).
As fibras de vidro são produzidas a partir do vidro em forma líquida, que é resfriado
em alta velocidade. Através do controle de temperatura e velocidade de escoamento do vidro
são produzidos vários tipos de filamento com diâmetros variados. Os filamentos de diâmetro
contínuo são tratados para melhorar a sua adesão e resistência à abrasão e umidade
(POLEDNA, 2005).
A fibra de vidro atualmente é uma das matérias-primas mais utilizadas nos materiais
definidos como compósitos. Nessa área dos compósitos a mesma é utilizada como reforço em
matrizes poliméricas ou em matrizes cimentícias, como demonstra Peruzzi (2002), além de
ser usada como reforço para madeira, Fiorelli (2002), e há várias investigações de uso e
aplicação deste material com fibras naturais em compósitos híbridos.
Na área industrial sua utilização já é praticamente universal devido à diversidade de
suas propriedades. Entre elas pode-se ressaltar, para alguns tipos, a alta resistência mecânica e
23
à corrosão, durabilidade, conserva suas propriedades mecânicas ao longo do tempo, fácil
aplicação, fácil reparação, leveza, cura rápida e de excelente aspecto além da alta relação
resistência/peso (NASCIMENTO, 2006).
A fibra de vidro pode ser utilizada na fabricação de móveis, telhas, capacetes,
pranchas, barcos, aviões, em piscinas, como revestimentos, luminárias, tubos, em material
esportivo, na área automotiva entre outros produtos. Em função da relação custo benefícios
nas mais variadas aplicações a fibra de vidro é o mais barato e mais usado reforço em
matérias compostos.
A fibra de vidro é fabricada a partir da sílica (SiO2), através da adição de óxido de
cálcio, boro, sódio e alumínio. A estrutura interna da fibra de vidro é amorfa e apresenta um
comportamento isotrópico. A fibra de vidro é um material sintético produzido a partir da
aglomeração de finíssimos filamentos flexíveis de vidro unidos por um material catalisador
que possui aparência e propriedades similares ao plástico e permite a produção de peças com
grande variedade de formatos e tamanhos (MARTINS, 2006).
A composição do vidro é um fator dominante nas propriedades das fibras de vidro,
Aquino (2003), apresenta a seguinte composição e suas respectivas propriedades.
•
Vidro A – alto conteúdo em álcali. Apresenta uma boa resistência química e
deficientes propriedades elétricas. Possui baixo módulo.
•
Vidro C (Borosilicato Sódico) – proporciona excepcionais propriedades químicas e é
normalmente utilizado em capas superficiais de estrutura anti-corrrosão.
•
Vidro D – Altas propriedades dielétricas e se utiliza em estruturas eletrônicas.
•
Vidro E – Representa mais de 90% dos reforços nos materiais compostos de uso geral.
Possui baixo conteúdo em álcali e excelentes propriedades elétricas. Apresentam
também um bom “estiramento” e boas propriedades de resistência, rigidez e desgaste.
•
Vidro L – Possui alto conteúdo em chumbo. É usado como protetor de radiação em
aparelhos de raio-x. Possui também alta resistência mecânica.
•
Vidro M – Possui alto módulo de elasticidade (em torno de 113 GPa) mas devido a
presença de berílio é impedido a sua comercialização.
•
Vidro S (Silicato de Alumínio) – Alta resistência à tração (40% mais alta do que o
vidro-E) e alto módulo elástico. É usado em estruturas de elevadas características
mecânicas, em geral na indústria aeronáutica, além de possuir um bom comportamento
a fadiga, temperatura e umidade.
24
Outro aspecto importante a ser considerado é a aderência fibra/matriz que no caso da
fibra de vidro apresenta vantagens significativas em relação às de carbono, por exemplo, para
a maioria das resinas orgânicas utilizadas bem como na relação aplicação/custo.
O processo de fabricação da fibra de vidro mostrado na figura 2.8 é apresentado por
Mendonça (2005) a qual descreve a fabricação nas seguintes etapas:
a) Ingredientes como areia, alumínio e bórax são misturados e alimentados
continuamente em uma fornalha refratária para fusão. A temperatura é da ordem de
1.250ºC;
b) Depois de purificado e refinado, o vidro fundido é escoado por gravidade através de
uma série de furos de uma placa de platina perfurada. São centenas de furos de
diâmetros de 1 a 2 mm;
c) Num processo contínuo, o vidro que escoa para cada furo é puxado até ser reduzido ao
diâmetro apropriado;
d) Os fios são, então, resfriados por sprays (jatos) de água;
e) Em seguida, os fios correm sobre uma esteira e são recobertos por uma cama da
superficial de proteção. Essa camada visa melhorar a resistência à abrasão e permitir
que o fio produzido possa ser manipulado em usos subseqüentes. A baixa resistência à
abrasão dos filamentos de vidro constitui um de seus aspectos característicos;
f) Os filamentos são unidos, formando filamentos. O strands de fibra consiste
tipicamente em 204 filamentos;
g) Os strands são bobinados para uso subseqüentes, a velocidade de até 3 km/min.
Figura 2.8 - Esboço do processo de produção de fibras de vidro, Fonte: Mendonça (2005).
25
Outro aspecto importante a ser considerado é a aderência fibra/matriz que no caso da
fibra de vidro apresenta vantagens significativas em relação às de carbono, por exemplo, para
a maioria das resinas orgânicas utilizadas bem como na relação aplicação/custo.
Na tabela 2.5, também apresentada por Cahn et al. (2005), mostra-se a composição de
alguns tipos de fibra de vidro e seus respectivos teores de óxido.
Tabela 2.5 - Designação e composição típica das fibras de vidro comercial
COMPOSIÇÃO(%)
DESIGNAÇÃO
SiO2
Al2O3
B 2O 3
CaO
Na2O
MgO
Outras
72
0,6-1,5
-
10
14,2
2,5
0,7%SO3
65
4
6
14
8
3
74
0,3
22
0,5
1,0
-
0,5%LiO2
52-56
12-16
5-13
16-25
0-2
0-6
0-1,5%TiO2
E-CR
58-63
10-13
1,0-2,5
21-23
0-1,2
-
M(Alto módulo)
53,7
-
-
12,9
-
9,0
1-2,5%TiO2
0-3,5%ZnO
2,0%ZrO2,
8%BeO
8%TiO2,
3%CeO2
65
25
-
-
-
10
71
1
-
-
-11
-
A(Álcali)
C(Durabilidade
química)
D(Baixa constante
dielétrica)
E(Baixa condutividade
elétrica)
S
(Alta resistência)
Z ou AR(Alta zircônia
ou alkali resistant
glass)
16%ZrO2,
2%TiO2
Na figura 2.9, ilustra-se alguns produtos fabricados a partir das fibras de vidro e que
são comumente utilizadas comercialmente como fitas de vidro, reforço de disco abrasivo, na
forma de fios entre outros produtos comerciais.
26
Figura 2.9 – Alguns produtos de fibra de vidro
2.3.1 - CARACTERÍSTICAS
A partir da composição e propriedades do vidro, pode-se caracterizar as fibras de
vidro. Barros (2006) apresenta as seguintes características das fibras de vidro que a tornam
mais utilizadas nos reforços em matrizes:
•
excelente aderência fibra-matriz;
•
boas propriedades dielétricas;
•
baixo custo;
•
alto alongamento na ruptura;
•
facilidade no processamento.
27
Destaca-se ainda no que se referem às características da fibra de vidro às seguintes:
•
alta resistência à tração – comparada com outras fibras têxteis, sua resistência à
tração especifica (por densidade) é superior a maioria delas.
•
resistência ao calor e ao fogo – devido sua origem inorgânica (mineral), as fibras
de vidro são incombustíveis. Por seu alto ponto de fusão, estas são indicadas para
aplicações em meios com temperatura elevada.
•
resistência química elevada – não sofre nenhum tipo de ataque ou degradação por
parte dos agentes químicos.
•
resistência à umidade – as fibras de vidro não absorvem umidade, portanto não se
dilatam ou desintegram além de manter em sua máxima resistência mecânica na
presença de umidade.
•
resistência térmica – estas fibras apresentam um coeficiente de dilatação linear
térmico muito baixo e um baixo coeficiente de condutividade térmica, a que
garante um excelente desempenho em ambientes com variações térmicas bruscas.
•
resistência elétrica – por não serem condutoras, as fibras de vidro são ideais para
serem usadas como isolantes elétricos.
Martins (2006) informa que as fibras de vidro apresentam outras características
importantes como leveza que, neste caso, partes de plásticos reforçados ajudam a economizar
peso comparado às partes de aço (até 30% mais leve) com propriedades termo-mecânicas
semelhantes. A possibilidade de reciclagem é também uma característica importante da fibra
de vidro apresenta, além dessas, continua Martins (2006), não há apodrecimento e nem
deterioração das fibras não sendo afetado pela ação de roedores e insetos, não é poroso e há
compatibilidade com matrizes orgânicas.
2.3.2 – FORMAS DISPONÍVEIS
Os tipos de fibra de vidro são apresentados nas formas disponíveis abaixo.
•
Fios contínuos (Roving)
•
Fibra picada;
•
Mechas;
•
Manta;
•
Tecidos;
•
Véu de Superfície.
28
Nas figuras 2.10 a 2.14 ilustram-se as formas disponíveis das fibras de vidro-E.
Figura 2.10 - Roving diretos,
Fonte: Poledna, 2005.
Figura 2.12 - Manta.
Fonte: Fiberglass, 2007
Figura 2.11 - Fio picado
Fonte: Martins, 2006.
Figura 2.13 – Tecido bi-direcional.
Fonte: Fiberglass, 2007
Figura 2.14 – Véu de Superfície, Fonte: Fiberglass, 2007.
2.3.3 – APLICAÇÃO – PLÁSTICOS REFORÇADOS
Alves (2007) apresenta algumas aplicações utilizadas com as fibras de vidro:
•
fibra de vidro no reforço e na recuperação de vigas de madeira;
•
tecido plástico reforçado;
•
tubulações, tanques ou equipamentos em processo corrosivo;
29
•
material de reforço utilizado juntamente com resinas;
•
compósitos para indústria aeronáutica;
•
meios filtrantes/filtro tipo manta;
•
material de reforço para cimentos e produção de chapas cimentícias reforçadas;
•
granulados termoplásticos reforçados;
•
fabricação de casco de barco, aeronaves, carroceria e carenagens;
•
pré-moldados de gesso;
•
membrana de fibra de vidro de alto desempenho;
•
isolamento térmico de tubulações;
•
fabricação de compósitos para a aplicação em indústria automotiva em geral.
Nas figuras 2.15 a 2.17 apresentam-se exemplos das mais diversas aplicações de fibra
de vidro.
Figura 2.15 - Betão com varões de fibra de vidro (fonte: Oliveira et al. 2006)
(a) Separador de água e óleo
(b) Estação de tratamento de esgoto
Figura 2.16 (a) e (b) – Produtos fabricados pela TECNIPLAS/RN
30
Figura 2.17 - Aplicação em tubulações industriais.
2.3.4 - TUBOS DE PLÁSTICO REFORÇADO
Uma das aplicações industriais envolvendo os plásticos reforçados à base de fibras de
vidro que vêm se destacando já há algumas décadas, são as tubulações. Os fatores para a
adoção dos tubos de plásticos reforçados em substituição aos tubos convencionais (aço, por
exemplo) são muitos. Por exemplo, na indústria de geração de energia elétrica a necessidade
de se usar tubulação (circuito de água) para refrigeração é primordial e geralmente essa
tubulação é de aço. O problema da corrosão precoce e alto custo de manutenção dessas
tubulações têm levado a procedimentos alternativos nos últimos anos, ou seja, a substituição
dos mesmos por tubos de plásticos reforçados com fibras de vidro.
As vantagens se resumem na conveniência de juntar as propriedades de anticorrosivas
do plástico reforçado com a fácil manutenção, conseqüentemente maior vida útil/menor custo.
Os setores industriais envolvendo áreas como a naval e a petroquímica vêm
constantemente mostrando grande interesse no uso desse tipo de tabulações levando em conta
os mesmos aspectos expostos anteriormente.
A configuração básica dos tubos de plástico reforçado consiste de camadas fortemente
aderidas, podendo ser constituídas de mantas, tecidos ou fios contínuos (roving) dependendo
do processo de fabricação utilizado. As camadas internas são conhecidas com “barreiras
químicas”, pois são as que mantêm contato com o fluido a ser usado e em determinados casos
envolve matéria-prima anticorrosiva, por exemplo. As demais camadas definem a “barreira
estrutural”, ou seja, as camadas referentes ao suporte de carga e apresentam variados tipos de
reforços, orientações e formas dos mesmos.
Atualmente as aplicações envolvendo tubos de plástico reforçado requerem que os
mesmos tenham as mais diversas dimensões e formas, ver figura 2.18, e conseqüentemente,
uma ampla margem de estudo se faz necessária.
31
Figura 2.18 - Os mais diversos tipos de tubos em plástico reforçado com fibras de vidro.
Esses estudos em grande parte envolvem o conhecimento do mecanismo de dano sob
os mais variados tipos de carregamentos, sejam eles estáticos ou dinâmicos, Perreux e Joseph,
(1997), Montrestuc et al. (1997) e Tarakçioglu et al. (2001), bem como, formas alternativas de
reforços e/ou cargas e aditivos, Srivastava e Kawada (2001). Outros aportam o problema da
toxidade dessas tubulações durante o fogo, Montrestuc et al. (1997), e até mesmo quando a
aplicação envolve o consumo humano.
O desafio persiste na busca de novas configurações, principalmente envolvendo
materiais alternativos, seja pensando na preservação do meio ambiente, com redução na
emissão de gases tóxicos ou até mesmo na utilização de resíduos industriais, porém sempre
com o objetivo final de se obter uma relação otimizada entre desempenho mecânico/baixo
custo.
2.3.5 - MATERIAIS COMPÓSITOS HÍBRIDOS
Os materiais compósitos híbridos apresentam na sua estrutura, combinações de vários
tipos de reforços, combinando fibras e partículas no mesmo material ou ainda combinando
mais de um tipo de fibra ou de partícula no mesmo material. Esses materiais híbridos vêm se
tornando comuns e são geralmente compósitos de várias camadas (na forma de laminados),
com vários tipos de fibras misturadas ou não.
As fibras podem estar misturadas em uma única ou separadas em diferentes camadas.
Estes compósitos são projetados para beneficiar as diferentes propriedades das fibras
empregadas. Alguns materiais compósitos híbridos são reforçados com uma mistura de fibras
e particulados (MATTHEWS, 1994).
32
Como resultado dessa combinação, os primeiros compósitos híbridos a serem
idealizados consistiam de materiais utilizando, como exemplo, as fibras de carbono e a
Kevlar, vidro e carbono ou vidro e Kevlar, que se denominam compósitos híbridos sintéticos.
Os mesmos podem ser obtidos usando-se métodos de fabricação variados que possuem
algumas limitações como, por exemplo: alcançar a compatibilidade fibra-matriz (HULL,
1987) e (HERAKOVICH, 1997).
Segundo Hull (1987), a importância dos compósitos híbridos está relacionada à:
•
economia que se pode obter trocando custosas fibras de carbono por fibras de vidro
mais baratas, por exemplo;
•
margem mais extensa de propriedades físicas e mecânicas que pode obter-se
otimizando a escolha das fibras usadas e suas frações de volume;
•
possibilidade de se obter propriedades únicas, isoladamente ou em combinação, que
não se pode obter facilmente usando um só tipo de fibra.
Os compósitos híbridos estão sendo estudados com mais ênfase na última década e
tem sido tema de diversos trabalhos publicados. Entre eles se inclui o de Shan et al. (2001)
que estudaram a fadiga ambiental do compósito híbrido reforçado por fibras unidirecionais de
vidro-carbono, onde uma porcentagem de fibras de vidro é incorporada às fibras de carbono
garantindo com isso um melhor desempenho na fadiga para esse tipo de material.
Conseqüentemente, pela hibridização com uma porcentagem apropriada de fibras de carbono,
a resistência à degradação ambiental foi aumentada.
Uma característica importante é a contribuição das diferentes fibras à resistência de
ruptura e a energia de ruptura de um compósito. Estes parâmetros estão relacionados com os
processos de microdeformação e microruptura que se desenrola em presença de defeitos e
outros pontos de concentração de tensões.
Deduz-se que misturando fibras de diferentes módulos, deformações de ruptura e
resistência da interfase, se torna possível projetar materiais com capacidades de absorção de
energia diferentes.
O atual interesse nos compósitos com fibras naturais deve-se, principalmente, a
crescente preocupação mundial com a preservação ambiental. Há um grande interesse na
busca por fibras naturais que possam substituir adequadamente as fibras sintéticas como, por
exemplo, a fibra de vidro.
33
Compósitos com fibras naturais têm potencial para aplicação em componentes sujeitos
a carregamentos leves ou moderados. Podem substituir polímeros ou mesmo compósitos com
fibras de vidro em muitas situações.
As principais aplicações em geral estão: na construção civil, indústria de móveis,
embalagens e no ramo automotivo. Portas e partes laterais de automóveis já são feitas com
compósitos de fibras naturais e resina fenólica, poliéster ou polipropileno e as principais
vantagens, neste caso, estão na redução de custo e peso dos veículos (SCHUH e GAYER,
1996; DAHLKE et al., 1998 e SUDDELL et al., 2002).
A maior limitação na utilização das fibras naturais está no seu baixo desempenho
mecânico e alta absorção de umidade (JOSEPH et al., 2002; SINGLETON et al., 2003; DIPA
et al. 2002 E ESPERT et al. 2004).
Uma alternativa promissora para minimizar ou mesmo resolver este problema é o
processo de hibridização com a associação de fibras naturais e sintéticas. Estas últimas, em
geral, são materiais relativamente inertes, imunes ao ataque biológico e com boa resistência a
alguns agentes químicos e solventes (THEW e LIAO, 2003; THEW et al., 2002;
KALAPRASAD e KURUVILLA, 1997).
A fibra de vidro apresenta-se como uma boa alternativa para hibridização. Vários
trabalhos reportam que a mesma tem um bom efeito de reforçamento quando associada com
as fibras de juta, sisal e coco como os trabalhos de (Mohan e Kishore, 1985; Clark e Ansell,
1986; Pavithan Apud Oliveira, 2005). Além disso, quando as fibras naturais são substituídas
pelas fibras de vidro à absorção de umidade decresce e em conseqüência a umidade influencia
de modo menos significativo as propriedades mecânicas (BLEDZIK e GASSAN, 1999).
As fibras de vidro, impermeáveis, podem atuar como “barreira” minimizando o
contato das fibras vegetais, hidrofílicas, com a água, Aquino et al. 2007. Neste sentido, a
possibilidade de utilização de qualquer recurso natural como reforço nos compósitos, seja na
forma fibra ou partícula, em aplicações onde o contato direto com a umidade é
imprescindível, se torna viável. Na figura 2.19, apresentada por Barros (2006), ilustra-se um
compósito híbrido a base de fibras sintética (fibras de vidro/E) e de fibras naturais (curauá) na
forma de laminado.
34
MV
MC
MV
MC
MC
MV
MC
MV
MV
Figura 2.19 - Configuração do laminado híbrido vidro/curauá. MV – Manta de fibras de
vidro-E. MC – Manta de fibras de curauá. Fonte: Barros (2006)
De uma forma geral, os vários trabalhos relativos aos compósitos híbridos com fibras
naturais destacam a redução de custo do material devido ao baixo custo das fibras naturais,
melhoria das propriedades mecânicas, diminuição da absorção de umidade e resistência ao
envelhecimento ambiental devido a menor degradação das fibras de vidro comparado às fibras
naturais.
2.3.6 - COMPÓSITOS HÍBRIDOS DO TIPO SANDUÍCHE
Com as estruturas sanduíche, consegue-se atingir uma alta resistência à flexão,
utilizando camadas finas de um material rígido intercaladas por um núcleo espesso e de pouca
resistência. As mesmas vêm sendo desenvolvidas pela indústria aeroespacial, onde foi
registrada uma combinação de faces metálicas rígidas e finas separadas por um núcleo
estrutural do mesmo material, ou até mesmo, de outros materiais de baixa densidade,
resultando numa estrutura extremamente rígida, porém, leve.
Estas estruturas têm seu uso mais popular na construção de barcos e na indústria
automobilística. Nos primeiros, as partes externas são, geralmente, de compósito de poliéster
com fibras de vidro intercaladas por madeira naval (bastante leve) ou por plásticos expandidos
como, por exemplo, poliuretano expandido.
Já na construção de vidros para automóveis, duas camadas de vidro são separadas por
uma fina pele de polivinilbutiral. Em todas estas aplicações a função principal do núcleo é
separar o material rígido do plano central, aumentando assim sua tenacidade (Navarro, 2001).
Uma forma de estrutura sanduíche comumente utilizado na indústria tem como
camada de recheio o coremat que é um material não tecido composto de 50% de fibras e 50%
35
de micro esferas de poliéster sendo do tipo feltro perfurado, com espessura, em geral, de 2,0
mm.
Estes laminados compósitos sanduíches têm como reforços tanto a utilização de fibras
sintéticas como também na forma híbrida com a combinação com fibras naturais. Na figura
2.20 (a) e (b) mostram-se estes tipos de estruturas já em estudo na literatura atual.
Tecido de Juta
Tecido de fibra de vidro
Tecido de Juta
Tecido de Juta
Tecido de Juta
COREMAT
Tecido de fibra de vidro
Figura 2.20 (a) Estrutura híbrida do tipo Sanduíche reforçadas com fibras de vidro e fibras
de juta
Manta de fibra de vidro
Tecido de fibra de vidro
Manta de fibra de vidro
COREMAT
Manta de fibra de vidro
Tecido de fibra de vidro
Manta de fibra de vidro
Figura 2.20 (b): Estrutura do tipo Sanduíche reforçadas somente com fibras de vidro,
respectivamente.
2.3.7 - CARACTERÍSTICA DA FRATURA NOS COMPÓSITOS HÍBRIDOS
POLIMÉRICOS
A característica da fratura nos compósitos poliméricos em geral costuma apresentar
formas comuns de dano, porém diferenciando a sua formação e propagação dependendo de
muitos fatores como constituição (propriedades físicas, químicas e mecânicas da fibra e da
matriz), tipo e direção do carregamento, tipos de configurações (lâminas, laminados,
estruturas sanduíches, etc.), condições ambientais adversas (umidade, temperatura, etc), o
processo de fabricação, os percentuais de fibra, matriz e vazios, entre outros (Margaria et al.,
36
1997; Yang et al., 2000; Felipe et al., 1999). Os compósitos poliméricos híbridos apresentam,
também, o mesmo comportamento (AQUINO et al, 2005).
Devido a grande variedade de fatores é extremamente difícil prever onde e como um
dano se forma e, até mesmo, a sua propagação em um material compósito. A literatura mostra
que, mesmo variando apenas um dos fatores acima mencionados, haverá variações
significativas na formação e propagação do dano (HAMELIN, 1988; HULL, 1987).
Segundo a literatura (Hamelin, 1988; Naik et al., 1999; Hull, 1987; Margaria et al.,
1997; Felipe et al., 1999; Yang et al., 2000), os principais tipos de danos encontrados nos
materiais compósitos laminados são:
•
fissuração na matriz – ocorrência de uma ou mais fissuras na matriz do material
compósito (fratura coesiva na matriz).
•
ruptura da fibra – ocorrência da ruptura transversal ou longitudinal da fibra (fratura
coesiva na fibra).
•
desaderência fibra matriz – descolamento na interface entre fibra e matriz (fratura
adesiva).
•
delaminação – desaderência entre as camadas de um compósito laminado.
•
microflambagem – deformação ocasionada nas fibras do laminado quando submetido
a esforços de compressão formando pequenas desaderência na interface fibra/matriz.
A fissuração na matriz, a ruptura de fibra e a desaderência fibra matriz são tipos de
danos que podem ocorrer em qualquer material compósito fibroso, porém a delaminação
ocorre em compósitos laminados.
Com exceção da microflambagem (que só ocorre com a aplicação de cargas
compressivas), os demais tipos de danos aqui descritos, são encontrados em diversos tipos de
carga aplicada (HAMELIN, 1988; YANG et al., 2000).
É importante salientar que o aumento do dano no material compósito prejudica as
propriedades mecânicas do laminado de modo que ocorre um decréscimo das suas constantes
elásticas (Hamelin, 1988; Margaria et al., 1997; Felipe et al., 1999; Yang et al., 2000). Na
figura 2.21 (a), (b) (c) e (d) ilustram-se as características mais comuns da fratura originadas
nos plásticos reforçados e descritas acima (AQUINO, et al, 2005).
37
a
b
c
d
Figura 2.21 - (a): delaminação; (b), (c) e (d): microfissuração, as fraturas adesivas (interface
fibra/matriz) e coesivas (na matriz e na fibra), respectivamente (Fonte: Aquino, et al., 2005)
2.4 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A REVISÃO BIBLIOGÁFICA
Diante do exposto, verifica-se que a originalidade dessa pesquisa está na utilização dos
resíduos derivados de madeira e móveis coadjuvado com o endocarpo do cocos nucífera linn
aplicados na obtenção de chapa de partículas homogêneas e compósito polimérico reforçado
com fibra de vidro, apresentando um novo foco para solucionar a tendência à falta de matériaprima para a indústria de fabricação de painéis de madeira, alertado pela pesquisa realizada na
revisão bibliográfica, além da possibilidade de propiciar um retorno desses resíduos ao ciclo
produtivo da indústria dos derivados de madeira e de móveis.
Outro aspecto relacionado ao resíduo utilizado, que estabelece o perfil da originalidade
desta pesquisa, é a aplicação desses resíduos em compósitos reforçados com fibra de vidro
mediante uma configuração polimérica para ser usada em tubulações de plásticos reforçados
com fibra de vidro, conforme a pesquisa realizada na revisão bibliográfica, devido a sua
utilização hibridizada, principalmente devido à presença do endocarpo seco que é um material
não usual para a fabricação de compósito de plástico reforçado com fibra de vidro.
38
3 – MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo serão apresentadas a descrição da obtenção e as atividades
experimentais realizadas nas chapas híbridas aglomeradas madeira/coco (CHMC) utilizando
os resíduos derivados do endocarpo seco do Coco Nucífera Linn, juntamente com resíduos
dos produtos derivados de madeira utilizada em serrarias e fábrica de móveis. No final do
capítulo serão descritos os procedimentos para obtenção e as atividades experimentais da
placa híbrida de plástico reforçado (PHFV-MC).
A figura 3.1 ilustra um desenho esquemático das atividades realizadas na obtenção da
CHMC, bem como o procedimento das atividades experimentais a serem desenvolvidas
como os tipos de ensaios e caracterização do material.
Obtenção da Matéria-Prima
Preparação da Matéria-Prima
•
•
•
Limpeza
Moagem
Peneiramento
Caracterização da Matéria-Prima
•
•
•
•
Difração de Raios-x;
DTA
TG
Microscópio ótico
Classificação Granulométrica
•
Classificação mecânica
Fabricação
•
•
•
Chapa Híbrida fibra de
vidro/endocarpo/madeira
Chapa
aglomerada
endocarpo/madeira
Preparação
Preparação
Remoção de rebarbas
Corte dos corpos-de-prova
Cura da chapa
•
•
•
Classificação e Características
•
•
•
Configuração
Granulometria
Composição
Ensaios
•
•
•
•
•
• Absorção de água
Tração em estado seco
Tração em estado úmido
Flexão em estado seco
Flexão em estado úmido
Microscopia ótic
Cura
Corte dos corpos-de-prova
Corte da chapa fabricada
Classificação e Características
•
•
Composição
Granulometria
Ensaios
•
•
•
•
•
Densidade
Absorção de umidade 2h e 24h
Inchamento de espessura 2h 24h
Adesão interna
Flexão estática
Figura 3.1 – Atividades realizadas para a obtenção das chapas híbridas.
39
3.1 – A MATÉRIA-PRIMA
Este item tratará da preparação e classificação da matéria-prima usada nesta pesquisa,
no caso, o endocarpo seco e resíduo de derivados de madeiras e móveis.
3.1.1 - O ENDOCARPO SECO
O endocarpo utilizado neste trabalho foi obtido na indústria de alimentos, a
NUTRICOCO, desativada em desde 2004, que beneficiava o fruto na obtenção de produtos
derivados do coco seco.
Os cocos secos foram obtidos inteiros, sem as cascas externas. Estes eram colocados
empilhados em área livre da empresa, daí o fruto era conduzido para o aquecimento e depois
encaminhado para o corte que consistia em separar a amêndoa do endocarpo e das fibras. As
amêndoas eram processadas para a obtenção de leite de coco, coco seco e outros produtos e o
endocarpo utilizado como combustível das caldeiras para geração de vapor. Na figura 3.2 (a),
(b), (c) e (d) ilustram-se o processo descrito acima. Na figura, “MP” designa matéria-prima.
Figura 3.2 (a) – recepção da MP
Figura 3.2 (b) – Utilização da MP
Figura 3.2 (c) – Resíduo da MP
Figura 3.2 (d) – Uso do Resíduo
40
Como pode ser observado na figura 3.2(a) não existia nenhum tipo de classificação do
fruto recebido pelos fornecedores quanto ao tipo do coco, isto é, se anão ou gigante. No
entanto, isto é um procedimento geral nas empresas. Elas comumente compram o coco de
diversos fornecedores, dessa maneira fica claro que o custo na obtenção do fruto se tornaria
mais oneroso em separar os diferentes tipos de cocos.
Diante da situação relatada acima, se fez necessário investigar as características de
cada tipo para identificar alterações nas chapas aglomeradas e/ou placas híbridas fabricadas.
Para isso, foram realizados os ensaios de caracterização por Difração de Raios-X, Análise
Termo-Diferencial (DTA), Análise Termogravimétrica (TG) e Análise por Microscopia Ótica.
A escolha desses ensaios para a caracterização foi motivada pela necessidade de se verificar o
efeito da temperatura no endocarpo, como também, de identificar sua a natureza
cristalográfica, ou seja, a presença de fases cristalina e amorfa, presente nos materiais
lignocelulósicos.
A termogravimetria é a técnica na qual a massa de uma substância é medida em
função da temperatura, enquanto a substância é submetida a uma programação controlada de
temperatura, Ionashiro e Giolito (2002). O ensaio possibilita através da curva TG, entre outras
aplicações, a análise da perda de massa da amostra frente à temperatura. Dessa forma é
possível avaliar a estabilidade do material analisado (WENDHAUSEN et al., 2005),
(WILLARD et al., 1950) e (ROCHA e REAL, 1991).
O ensaio de TG foi definido para as seguintes condições:
•
Detector – TGA - 50H
•
Célula – Platinum
•
Atmosfera – Ar
•
Taxa – 50.00 ml/min
•
Taxa temperatura – 10ºC/min.
•
Faixa de ensaio – 0º até 500ºC
•
Peso – 3.936 mg para o endocarpo do tipo anão e 3,704 mg para o endocarpo do
tipo gigante.
O ensaio de difração por raios-x tem por objetivo a avaliação da estrutura
cristalográfica dos materiais ensaiados se existem diferenças na mesma, ou seja, entre os
endocarpos secos do tipo gigante e do tipo anão. Os ensaios foram realizados com os
endocarpos limpos sem a presença de fibras e de resíduos de amêndoas. Porém não foi
41
possível remover uma fina película que impregna a parte interna nos endocarpos, chamada de
tegumento, que se localiza entre a parte interna do endocarpo seco e a parte externa das
amêndoas quando o fruto está seco, tanto no fruto do tipo anão quanto no do tipo gigante.
Na figura 3.3 mostra-se a localização do tegumento (parte entre o endocarpo seco e a
amêndoa, não representada) no fruto seco e na figura 3.4 (a) e (b) mostra-se a presença das
fibras no interior dos endocarpos, seja no tipo anão ou gigante, quando da formação dos
mesmos.
Tegumento
Tegumento
Endocarpo
Figura 3.3 – Presença do tegumento no endocarpo
Fibras de coco
Figura 3.4 (a) – Presença de fibras no interior dos endocarpos
42
Fibras de coco
Fibras de coco
Figura 3.4(b) – Presença de fibras no interior dos endocarpos observada pela espessura.
O ensaio de difração foi realizado através do método do pó, com os grãos abaixo de
50μm, varredura de 5 a 60º, com tubo de cobre com a voltagem e corrente de 30,0kV e
30,0mA, respectivamente. A faixa de temperatura foi de 0 ºC a 400 ºC, com taxa de
aquecimento de 10 ºC/min e o ar como atmosfera do ensaio. As mesmas condições de ensaio
foram usadas para o endocarpo anão e o gigante.
A análise térmica diferencial (DTA) é a técnica na qual a diferença de temperatura
entre a substância e o material de referência é medida em função da temperatura, quando a
substância e o material de referência são submetidos a uma programação controlada de
temperatura (IONASHIRO e GIOLITO, 2002).
O ensaio de DTA foi definido para as seguintes condições:
•
faixa de temperatura – 0 a 500º C
•
atmosfera – ar ambiente (50 cc/min)
•
taxa de aquecimento – 10º C/min
•
peso – 27,90 mg para o endocarpo do tipo anão e 36,30 mg para o endocarpo do
tipo gigante.
43
Todos os ensaios citados acima foram realizados no Laboratório de Química da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Os ensaios foram realizados tanto para o
endocarpo seco do tipo anão quanto o do tipo gigante para que fosse estabelecida uma análise
comparativa dos resultados obtidos nos ensaios. O ensaio de difração der raios-x foi realizado
usando o método do pó, tanto para o endocarpo anão quanto o gigante.
A Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte S/A, a EMPARN,
forneceu os endocarpos já classificados em Gigante e Anão, por meios dos frutos maduros e
secos para utilização na pesquisa. O primeiro apresentava o endocarpo mais grosso e a
amêndoa mais espessa do que o segundo, além de apresentarem tamanhos e formas diferentes.
Os cocos classificados pela EMPARN foram abertos, necessitando remover as fibras e
a amêndoa juntamente com o tegumento. Na indústria foi obtido somente o endocarpo, e não
o fruto, dessa forma, somente houve a necessidade de limpá-los de resíduos da amêndoa e
fibras impregnadas.
Após o processo de remoção e limpeza, foram colocados em solução salina por 15
dias. Em seguida, foram secos ao ar por uma semana e depois martelados para redução do
tamanho, uma vez que os mesmos seriam posteriormente moídos de forma a serem obtidas
partículas ainda menores. Os endocarpos foram separados em gigante e anão para serem
processados, separadamente, em moinho de anel.
Os endocarpos foram utilizados para caracterização com o objetivo de verificar se
haviam algumas características que pudessem alterar as propriedades das chapas aglomeradas
e híbridas fabricadas quando da utilização dos endocarpos, independentemente de eles serem
do tipo gigante ou anão. A moagem por moinho de anel foi realizada no Laboratório de
Geologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Para os endocarpos, oriundo da indústria, seguiu-se o mesmo procedimento aplicado
aos endocarpos já classificados pela EMPARN. Porém os obtidos na NUTRICOCO
apresentaram resíduos das amêndoas do coco em avançado estado de decomposição, no
entanto, observou-se que os mesmos não sofreram qualquer deterioração em sua superfície.
Isso pode indicar que podem ser armazenados por grandes períodos sem que haja ataques por
microorganismos que o deteriorem.
Os endocarpos secos também foram colocados em solução salina e depois foram secos
ao ar ambiente, martelados e processados em moinhos de martelo. Essa foi uma variante na
moagem dos endocarpos oriundos da EMPARN e da NUTRICOCO.
Usou-se também um moinho de esferas, mas este se mostrou totalmente inadequado
para obter a granulometria desejada tanto para os ensaios de caracterização quanto para a
44
fabricação das chapas. A moagem pelo moinho de martelo foi executada no Centro Federal de
Ensino Tecnológico do Rio Grande do Norte, em Natal/RN.
3.1.2 – RESÍDUO DE MADEIRA
Os resíduos de derivados de madeira e móveis foram obtidos em empresa do ramo
moveleiro da cidade de Natal/RN. Os resíduos são colocados à disposição de interessados
uma vez que não há projeto de reutilização. Todo material é empilhado produzindo uma
grande variedade de material residual. Na figura 3.5 ilustra-se o resíduo usado.
Figura 3.5 – Resíduos de derivados de produtos da madeira
Dessa forma, o material é classificado como um resíduo de derivados do produto de
madeira processada, tais como, MDF, HDF, Chapas de Madeiras Aglomeradas e madeiras de
utilização estrutural, freijó, massaranduba e outros. A empresa fabrica móveis por encomenda
e adquire sua matéria-prima em indústrias da região sul e sudeste do Brasil.
A opção da escolha deste material reside no fato de que não há indústria do Rio
Grande do Norte que fabrique painéis de madeira quer seja aglomerada ou por fibras. Isso foi
constatado por amplas investigações nas empresas do ramo moveleiro, inclusive em “sites” do
governo do estado que não apresentaram nenhum item referente à fabricação de painéis de
madeiras na região.
Na figura 3.6 mostra-se o material obtido após a moagem em moinho de esferas.
45
Figura 3.6 – Resíduo após o processamento em moinho de esferas
O resíduo foi selecionado aleatoriamente, limpo de outros materiais que não fossem
madeira ou resíduo de madeira, como no caso do pó de madeira. O resíduo, após limpo, foi
conduzido ao processo de moagem para se obter partículas com a granulometria desejada. Foi
utilizado o moinho de esferas que atendeu satisfatoriamente a produção do material
particulado.
3.1.3 - CLASSIFICAÇÃO GRANULOMETRICA DA MATÉRIA-PRIMA
Para o processo de classificação da granulométrica do resíduo foi utilizado 1,0 kg (um
quilograma) de amostragem. Mesma quantidade foi usada para a mistura híbrida com o
endocarpo seco. Para classificação usou-se um agitador de peneiras da marca electromagnetic
serve sheker usr 2000, com as peneiras de 2 mesh, 8 mesh, 10 mesh e 27 mesh. A
classificação resultou na seguinte forma:
•
CLASSIFICAÇÃO A – resíduo retido entre as peneiras de 2 e 8 mesh;
•
CLASSIFICAÇÃO B – resíduo retido entre as peneiras de 8 e 10 mesh;
•
CLASSIFICAÇÃO C – resíduo retido entre as peneiras de 10 e 27 mesh.
As malhas são de:
o 2mesh – peneira de 4,37mm
o 8mesh – peneira de 2,36mm
o 10mesh – peneira de 1,70mm
o 27mesh – peneira de 0,60mm
46
Os resíduos, da indústria moveleira e de coco foram classificadas conforme acima
descrito, sendo que os resíduos retidos nas classificações A, B e C foram selecionados. O
peneiramento foi realizado no Laboratório de Metalografia do Núcleo de Tecnologia
Industrial da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
3.2 - AS CHAPAS AGLOMERADAS
Este item tratará da caracterização, fabricação e dos ensaios físicos e mecânicos
realizados nas chapas aglomeradas.
3.2.1 – COMPOSIÇÃO DAS CHAPAS AGLOMERADAS
As chapas de partículas aglomeradas homogêneas de resíduos derivados de madeiras e
do endocarpo do coco seco, designadas também por chapas híbridas madeira/coco (CHMC),
foram fabricadas no Laboratório de Madeira e de Estruturas de Madeira (LaMEM), da
Universidade São Paulo, em São Carlos/SP.
A carga híbrida utilizada para fabricar a CHMC é constituída de resíduo de produtos
de madeiras e móveis oriundos de empresa do ramo em Natal/RN e o endocarpo do coco seco
é de origem da indústria de aproveitamento do coco seco de Natal/RN.
Foram fabricadas 09 chapas na dimensão 40 x 40 cm com as seguintes composições
(traço) endocarpo (%)/madeira(%):
•
duas chapas aglomeradas de partículas homogêneas 0/100;
•
duas chapas aglomeradas de partículas homogêneas 25/75;
•
duas chapas aglomeradas de partículas homogêneas 50/50;
•
duas chapas aglomeradas de partículas homogêneas 75/25;
•
uma chapas aglomeradas de partículas homogêneas 100/0.
Para cada traço fabricado foram confeccionados 10 corpos-de-prova, porém no traço
100/0 confeccionou-se apenas seis corpos-de-prova. Isto foi devido à quantidade usada para
esta composição uma vez que a espessura gerada no colchão não possibilitaria a compactação
do material durante a fabricação da CHMC para este traço. Colchão é uma pré-mistura entre
47
a resina e a carga híbrida acomodada em um molde para ser encaminhada a prensagem,
obtendo assim, as dimensões finais da chapa fabricada.
Nas figuras 3.7 e 3.8 ilustram-se o molde e a formação do colchão citado
anteriormente.
Figura 3.7 – Molde de madeira
Figura –3.8 – Colchão sendo acomodado
3.2.2 – QUANTIDADE DE RESÍDUO UTILIZADO
Para cada traço utilizou-se 1.000 g de carga híbrida. Na fabricação das chapas
aglomeradas optou-se pelo material retido e classificado no peneiramento caracterizado pelas
partículas retidas entre 0,6 mm e 3,36 mm.
Na tabela 3.1 apresenta-se a quantidade de carga híbrida por cada traço usado na
fabricação das CHMC.
Tabela. 3.1 – Quantidade de resíduo por traço de fabricação
TRAÇO (endocarpo/madeira)
QUANTIDADE EM PESO (g)
0/100
0
2.000
25/75
500
1.500
50/50
1.000
1.000
75/25
1.500
500
100/0
1.000
0
Quantidade total de resíduo utilizado
4.000
5.000
Total geral de resíduo
9.000
48
3.2.3 – RESINAS UTILIZADAS
Como exposto anteriormente na fabricação das chapas aglomeradas utilizou-se,
inicialmente, a resina poliuretana à base de mamona. Esta resina já é utilizada na fabricação
de placas de madeira aglomerada no LaMEM, Universidade São Paulo, em São Carlos,
devido a sua menor agressividade, pois ao contrário das resinas fenólicas, não liberam
formaldeídos quando utilizadas na fabricação dessas chapas de partículas aglomeradas, os
quais são nocivos ao ambiente.
É uma resina de cura a frio, sendo utilizada na temperatura de 90 ºC e apresenta um
“gel time” de aproximadamente 25 minutos. Juntamente com a resina poliuretana à base de
mamona usou-se um pré-polímero na relação 2:1.
O teor de resina aplicada às chapas aglomeradas é de 12%. No entanto, como existem
perdas de resina na manipulação do material a ser fabricado, como, por exemplo, nas luvas,
nos recipientes, no misturador entre outros, acrescenta-se uma quantidade maior (16%) para
que as perdas geradas não diminuam os 12% necessários para a fabricação das chapas.
Trabalhos como Campos e Lahr (2004), Jesus (2000) e Dias (2005) usaram a resina à
base de mamona em suas pesquisas, abrindo a possibilidade para seu uso para novas
pesquisas para a fabricação de chapas de partículas aglomeradas. O adesivo poliuretano à base
de mamona é obtido do óleo de mamona, uma planta da família das euforbiáceas, de onde se
extrai o óleo. Tem importantes aplicações industriais como, por exemplo, matéria-prima na
produção de óleos lubrificantes de alto desempenho, como fluidos de freios de avião,
cosméticos, polímeros, tintas, entre outras.
O adesivo poliuretano à base de mamona possui grande versatilidade de aplicação com
propriedades superiores aos polímeros derivados de petróleo. Essas propriedades são
governadas pelo seu peso molecular, grau de entrecruzamentos, forças intermoleculares,
rigidez dos segmentos que compõem a cadeia e pela sua cristalinidade. Sua competitividade
em relação aos outros polímeros, além das propriedades mecânicas, deve-se basicamente a
outro dois fatores: polímero originário de matéria-prima natural e renovável e aos preços
razoáveis dos di-isocianatos disponíveis no país. (JESUS, 2000)
Na tabela 3.2 ilustra-se a formulação da cola utilizada para a fabricação das chapas de
partículas aglomeradas homogêneas. Na formulação da cola a quantidade dos componentes
utilizados na formulação foi de 5% em peso em relação à resina fenólica tendo a parafina
49
como redutor da higroscopicidade dos derivados de madeira utilizados na chapa, o sulfato de
amônia como catalisador auxiliando a cura da cola e água como solvente da mistura.
Tabela 3.2 – Composição da cola usada na fabricação da CHMC
RESINA
Poliuretana à base de
–
(Para 1000g de matéria-prima utilizada)
16
mamona
3.2.4
FORMULAÇÃO
TEOR (%)
PARÂMETROS
E
•
106,66 g de mamona
•
54,33 g de pré-polímero
EQUIPAMENTOS
UTILIZADOS
NA
FABRICAÇÃO
No processo de fabricação o tempo de prensagem foi de 10 minutos com uma carga
aplicada entre 3 e 4 MPa. Já a temperaturas de prensagem foi de 90 ºC. Os equipamentos
utilizados na fabricação foram os seguintes:
•
prensa hidráulica com aquecimento; fabricante Marconi, com capacidade
de 100 ton; com velocidade de 168 mm/min; temperatura máxima de 300
ºC; duas placas aquecidas de 400 x 400 mm e dois controladores de
temperatura com leitura digital;
•
misturador (batedeira industrial) fabricante LIEME;
•
balança eletrônica de leitura digital.
Nas figuras 3.9 (a), (b) e (c) mostram-se os equipamentos utilizados que são a prensa
hidráulica controlada termicamente, o misturador e uma balança eletrônica, respectivamente.
Figura 3.9 (a): prensa hidráulica
50
(b)
(c)
Figura 3.9: (b) misturador e (c) balança eletrônica
3.2.5 – PROCESSO DE FABRICAÇÃO
Inicialmente, o material já selecionado quanto a granulometria, foi misturado até a sua
homogeneização, o que após, foram pesados seguindo o traço para cada chapa a ser fabricada.
A resina e o pré-polímero são pesados e misturados até a sua homogeneização. A seguir o
particulado seco é colocado em um recipiente e a resina, na formulação final, é aplicada aos
poucos durante o processo de misturado. Essa parte do processo é realizada manualmente,
com usos de luvas, até que todo o particulado e a cola estejam bem homogeneizados. Uma
vez vencido a etapa da pré-mistura, acima descrito, toda mistura é conduzida ao misturador
por 5 minutos para que a homogeneização do particulado umedecido com a resina seja
completa.
No fim da etapa anterior o aglomerado é conduzido aos moldes de madeira para
formar o colchão, o qual será colocado na prensa previamente aquecida e com uma
temperatura de 90ºC sempre controlada. A mistura é conduzida a uma pré-carga com a
finalidade de acomodação dos resíduos na mistura e facilitar a operação de prensagem na
prensa aquecida. O colchão após a pré-carga apresenta uma espessura em torno de 3 a 5 cm. O
colchão é colocado na prensa já aquecida e com temperatura controlada aos 90ºC e sobre sua
superfície superior é colocada uma “folha de papel alumínio” para que o material aglomerado
não pregue na placa superior da prensa, quando esta se deslocar ao final da prensagem. Este
procedimento não interfere na transferência de calor das placas para o aglomerado, tendo em
vista a espessura do material utilizado para esta finalidade. São colocados limitadores de
espessura de 10 mm de cada lado do colchão para controlar a espessura final da chapa
fabricada. O tempo de prensagem foi de dez minutos. Ao término, a placa superior da prensa é
deslocada para cima enquanto a inferior, que é fixa, permanece na base, e a chapa na
51
espessura desejada é removida e conduzida para a cura. Após, a folha de alumínio é removida
e a chapa é conduzida para cura e corte dos corpos-de-prova. Este procedimento de utilização
desta folha de papel alumínio é utilizado na fabricação de chapas de painéis aglomerados com
vistas a evitar que a chapa fabricada não grude na placa da prensa aquecida.
Todas as placas fabricadas seguem o procedimento acima descrito, atendendo as
composições especificadas, independentes do tipo de resina utilizada, efetuando-se apenas
uma mudança de molde para ambas as chapas com a mesma massa 1.000g na composição
100/0. A seqüência das figuras 3.10(a – i) ilustra-se os procedimentos de preparação e
fabricação das chapas aglomeradas.
(a) Seleção dos resíduos
(b) A cola adicionada à mistura
(c) A pré-mistura
Figura 3.10 – Processo de fabricação da CHMC
52
(d) No misturador
(f) O colchão e o limitador de espessura
(e) Formação do colchão
(g) Prensagem do colchão obtenção da CHMC
(h) A CHMC
( i ) Corte dos corpos-de-prova
Figura 3.10(continuação) – Processo de fabricação da CHMC
3.2.6 – TIPOS DE ENSAIOS REALIZADOS
Os ensaios realizados nas chapas de partículas aglomeradas CHMC e seus respectivos
locais de realização são listados a seguir:
53
•
Ensaio de Adesão Interna, realizado no Laboratório de Madeiras e de Estruturas de
Madeira, na Universidade São Paulo, em São Carlos/SP;
•
Ensaio de Flexão em Três Pontos, realizado na Universidade Estadual Paulista,
Campus de Bauru/SP;
•
Ensaio de Inchamento de Espessura, realizado no Núcleo de Tecnologia, da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte;
•
Ensaio de Densidade, realizado no Núcleo de Tecnologia, da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte;
•
Ensaio de Absorção de Água, realizado no Núcleo de Tecnologia Industrial, da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte;
•
Ensaio de Teor de Umidade, realizado no Núcleo de Tecnologia Industrial, da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte;
Para os ensaios acima listados utilizaram-se as orientações normativas da ABNT
14810.
Os seguintes equipamentos foram utilizados na realização dos ensaios:
•
Máquina de Ensaio à Flexão EMIC com capacidade de 300kN;
•
Máquina para Ensaio de Adesão Interna DARTEC;
•
Forno para Ensaios de Densidade volumétrica, Teor de Umidade,
Inchamento de Espessura e Absorção de Água;
•
Dessecador para os Ensaios de Inchamento de Espessura e Teor de
Umidade;
•
Balança eletrônica para os ensaios de Densidade Volumétrica, Teor de
Umidade e Inchamento de Espessura e Absorção de água;
•
Paquímetro para o Ensaio de Densidade volumétrica;
•
Micrômetro para o Ensaio de Inchamento de Espessura.
Nas figuras 3.11 (a), (b) e (c) mostra-se as máquinas usadas nos ensaios de flexão e
adesão interna, bem como o tipo de garra utilizado.
54
(a)
(b)
(c)
Figura 3.11 (a) – Máquina de Ensaio EMIC para a flexão; (b) Máquina de ensaio DARTEC
para Adesão Interna; (c) Detalhe da garra da EMIC.
3.2.7 – CORPOS-DE-PROVA DA CHMC
O corte dos corpos-de-prova foi realizado conforme a Norma ABNT 14810 – 3, no
Laboratório de Madeira e Estrutura de Madeira, na Universidade São Paulo, em São
Carlos/SP por meio de uma serra circular. Na figura 3.12 mostra-se o processo de corte dos
corpos-de-prova da CHMC.
55
Figura – 3.12 – Corte dos corpos-de-prova em serra circular
Os corpos-de-prova foram cortados nas dimensões 350 x 50 mm para comprimento e
largura, respectivamente, obtendo-se 06 faixas por chapa fabricada o que originou 12 faixas
retangulares para cada traço fabricado gerando os corpos-de-prova exigidos pela norma
ABNT 14810 necessários para os ensaios físicos e mecânicos.
Figura 3.13 – Os corpos-de-prova da CHMC
Os ensaios foram realizados com o objetivo de classificar e caracterizar as chapas
fabricadas, estabelecendo comparativo entre suas propriedades em relação ao traço definido.
Na figura 3.13, ilustra-se os corpos de provas já preparados para os ensaios.
Na tabela 3.3 apresentam-se as dimensões dos corpos-de-prova especificadas pela
ABNT 14810 – 3 para cada tipo de ensaio.
56
Tabela 3.3 - Dimensões dos corpos-de-prova (ABNT 14810 – 3)
ENSAIO
Comprimento (mm)
Largura (mm)
Quantidade
Adesão Interna
50
50
10
Flexão Estática
250
50
10
Densidade
50
50
10
Teor de Umidade
50
50
10
Absorção de Água
25
25
10
Inchamento de Espessura
25
25
10
3.2.8 – ENSAIOS REALIZADOS NAS CHAPAS AGLOMERADAS
Inicialmente, foram cortados os corpos-de-prova que seriam utilizados para o ensaio
de flexão estática, pelo fato de que estes são de maiores dimensões. Em seguida, com os
corpos-de-prova, já ensaiados na flexão, são realizados outros procedimentos de corte para
obtenção dos demais corpos-de-prova a serem usados nos ensaios de: adesão interna, absorção
de água, inchamento de espessura, de densidade e de teor de umidade.
O ensaio de flexão em três pontos foi realizado na Universidade Estadual Paulista,
Campus de Bauru/SP e se baseou na norma ABNT 14810 – 3. Nesta norma este ensaio recebe
a designação de Ensaio de Flexão Estática, apresentada como determinação da resistência à
flexão e módulo de elasticidade.
O vão foi de 200 mm e a velocidade de avanço para o ensaio foi de 6 mm/min. Foi
utilizada uma máquina de ensaio EMIC. Os resultados são apresentados em relatório final
emitido pelo equipamento de ensaio.
Os resultados são apresentados em tabelas e gráficos no capítulo seguinte e a tabela
completa dos ensaios encontra-se anexada ao final do trabalho. Nas figuras 3.14 (a), (b) e (c)
apresentam-se as fotos ilustrativas dos ensaios realizados.
57
(a)
(b)
( c)
Figura 3.14 (a): Ajuste da máquina; (b): Início do ensaio e (c): Corpo de prova sob a ação da
flexão estática.
O Ensaio de Adesão Interna é conhecido, também, como Ensaio Tração Perpendicular
sendo apresentado como determinação da resistência à tração perpendicular. Neste ensaio o
corpo de prova é colado em suas superfícies, superior e inferior em suportes metálicos,
transversalmente.
Por meio de garras o conjunto é tracionado até que se rompa completamente dentro do
comprimento útil do corpo de prova. A cola utilizada deve ser compatível com o material a
ser colado e, dessa forma, a carga aplicada é transferida para os mesmos até que sejam
rompidos os corpos-de-prova ensaiados. A tensão neste ponto é chamada de resistência à
tração perpendicular. Sua resistência bem maior do que a da chapa aglomerada. Na figura
3.15 (a), (b), (c) e (d) ilustra-se o ensaio realizado e na figura 3.16 mostra-se um desenho
ilustrativo dos esforços gerados nos ensaio de resistência à tração perpendicular na CHMC.
58
a
b
c
d
Figura 3.15 (a): Garra para o ensaio de adesão interna; (b): O dispositivo acoplado a máquina
de ensaio; (c): Corpo de prova após o ensaio de adesão interna e (d): O suporte metálico
colado ao corpo de prova.
y
Direção da carga
aplicada (eixo y)
Blocos de tração
x
z
CHMC no plano XZ,
Área sob ação do
carregamento.
Figura 3.16 – Desenho ilustrativo dos esforços no ensaio de resistência à tração perpendicular
na CHMC
59
Os ensaios de inchamento de espessura e de absorção de água foram determinados
para 2 horas e 24 horas após a imersão dos corpos–de-prova e são determinados pelas
equações 3.1 e 3.2:
I=
E1 − E 0
E0
(3.1)
Onde:
I - inchamento em espessura do corpo-de-prova, (%);
E1 - espessura do corpo-de-prova após o período de imersão considerado, (mm);
E0 - espessura do corpo-de-prova antes da imersão, (mm).
A=
M1 − M 0
M0
(3.2)
Onde:
A - absorção de massa de água, (mm);
M1 - massa do corpo-de-prova após a imersão, (g);
M0 - massa do corpo-de-prova antes da imersão, (g).
O ensaio de densidade seguiu-se o procedimento normativo da ABNT - 14810 e o seu
cálculo foi realizado mediante o uso das expressões 3.3 e 3.4:
D=
M
x1000000
V
(3.3)
Sendo
V = LxCxE
Onde:
D - densidade do corpo-de-prova, (Kg/m3);
M - massa do corpo-de-prova, (g);
V - volume do corpo-de-prova, (mm3);
L - largura do corpo-de-prova, (mm);
C - comprimento do corpo-de-prova, (mm);
E - espessura do corpo-de-prova, (mm).
(3.4)
60
Os corpos-de-prova para o ensaio de teor de umidade foram colocados em estufa e
mantidos à temperatura de ensaio por meio de controlador de temperatura até obter-se massa
constante, verificada através de três pesagens sucessivas para cada traço fabricado.
Posteriormente foram resfriados em um dessecador e pesados em balança eletrônica. O teor
de umidade foi calculado segundo a expressão 3.5:
U=
MU − M S
x100
MS
(3.5)
Onde:
U - umidade residual do corpo-de-prova, (%);
Mu - massa úmida do corpo-de-prova, (mm);
MS - massa seca do corpo-de-prova, (g).
3.3 – PLACA HÍBRIDA DE PLÁSTICO REFORÇADO
Este item tratará da caracterização, fabricação e dos ensaios físicos e mecânicos
realizados na placa híbrida de plástico reforçado.
3.3.1 – COMPOSIÇÃO
A granulometria Utilizada foi de resíduos que ficaram na peneira de 10 a 27 Mesh,
com 520g em peso na proporção 50/50 de cada resíduo, ou seja, endocarpo/madeira. A
relação entre a resina e a carga foi de 65/35, isto é, 65% para a resina e 35% de carga que
gerou a relação para a fabricação de 480g de resina e 260g de resíduos. Apenas uma única
placa foi fabricada na dimensão de 60 x 60 cm. A granulometria desejada para a placa foi
selecionada e definida a relação em peso dos dois resíduos utilizados, bem como a relação
entre a resina e a carga híbrida. Os corpos-de-prova para os ensaios de caracterização das
propriedades físicas e mecânicas foram obtidos a partir da placa.
3.3.2 - CARACTERÍSTICA DA PLACA FABRICADA
A placa híbrida trata-se na verdade de um compósito híbrido na forma de plástico
reforçado. A hibridização é caracterizada pela presença de tipos de reforços diferentes. Sua
composição, em termos de reforço é de camadas de fibra de vidro/E contínua (roving) e manta
61
de fibras curtas de vidro/E (450gr/m2 – 5cm) os fios de TEX 1100 g/km. Como matriz é
utilizada a resina de poliéster insaturado ortofitálica ARA ASHLAND 14.5 #11.
Como carga usou-se a mistura híbrida de resíduos de produtos de madeiras e
endocarpo do coco seco, ou seja, a mesma utilizada na fabricação da CHMC. Foi usado,
também, véu de fibras de vidro/E como separador entre as camadas de reforço de fibras de
vidro e de carga híbrida. A placa foi fabricada na TECNIPLÁS Nordeste Plásticos Reforçados
LTDA, localizada em São Gonçalo do Amarante/RN.
A configuração da placa híbrida seguiu um modelo de configuração adotado pela
TECNIPLÁS para tubos fabricados pela empresa. Na figura 3.17 mostra-se uma
representação da configuração adotada.
Manta
2 camadas de Fios contínuos
Véu
Carga
4 camadas de Fios contínuos
Figura 3.17 – Configuração ilustrativa da placa híbrida de plástico reforçado.
3.3.3 – PROCESSO DE FABRICAÇÃO
A resina utilizada no processo de impregnação na obtenção da placa híbrida foi a
poliéster ortofitálica. A placa foi fabricada na TECNIPLÁS, pelo método Hand-lay-up
conhecido, também, como “laminação manual” e é considerado o mais simples dos processos
e está entre os de mais baixo custo.
A manta de fibra de vidro foi a primeira camada a ser laminada, juntamente com as
camadas de fios contínuos de fibra de vidro (roving) por meio de um pente de 31 fios/110 de
largura do pente para orientação dos fios na manta, realizando a configuração apresentação na
figura 3.17 acima, isto é, dois fios nas camadas externas e 4 fios na camada central. Após a
primeira impregnação de resina o véu é colocado sobre os fios de fibras contínuas e, sobre o
véu, o endocarpo na forma de particulado, dessa forma o processo de fabricação teve que ser
62
adequado à natureza desse material. Neste ponto o véu é utilizado como separador entre a
carga e os fios contínuos, uma vez que a carga não pode ser colocada diretamente sobre os
fios, pois poderia ocasionar uma dispersão dos resíduos (carga) pelas camadas e influenciando
diretamente na espessura da mesma, além disso, permitir que as camadas á base da carga
híbrida ficasse com a espessura bem definida. Ressalta-se que a função da camada de carga
(resíduos) é a de aumentar a rigidez da placa e que resultaria em uma maior eficiência com a
espessura da mesma bem definida.
Além da rigidez, a presença do véu também ajuda na impregnação já que o material do
resíduo não é fibroso e assim não permitindo que o mesmo fosse impregnado com a utilização
de rolo manual. Também foi responsável em manter os fios contínuos orientados
longitudinalmente nas camadas influindo de forma eficiente no comportamento mecânico da
placa híbrida.
Assim, a carga foi distribuída sobre o véu, manualmente, e depois conduzida para ser
colocada sobre a manta e fio contínuo e, sobre esse conjunto, mais um véu, e mais outra
impregnação para depois a passagem do rolo de moldagem. A finalidade do rolo de
moldagem é melhorar o sistema de impregnação na tentativa de evitar formação de bolhas e
vazios tanto entre os reforços quanto entre as interfaces das camadas da placa híbrida.
Ressalta-se aqui que a presença da camada central de fios contínuos de fibras de vidro
tem como meta principal evitar uma fratura precoce por cisalhamento (linha neutra) durante o
ensaio de flexão em três pontos.
Esse processo prosseguiu até se obter a configuração desejada, incluindo a simetria na
distribuição das camadas na placa. A mesma foi curada à temperatura ambiente e
posteriormente foi cortado nas dimensões finais de 50 x 50 cm, sendo encaminhada para o
corte dos corpos-de-prova.
A placa híbrida foi fabricada industrialmente e seguindo uma configuração já
predeterminada para tubulações. A idéia inicial de fabricar essa configuração na forma de
placa foi com o objetivo de se estudar o comportamento das interfaces, principalmente no que
diz respeito às camadas adjacentes á carga híbrida, frente aos carregamentos de tração axial e
flexão em três pontos.
Outro aspecto a ser considerado foi o de verificar se este método de fabricação era o
mais adequado ao endocarpo seco, devido ao fato de que houve a necessidade de se
acrescentar mais uma etapa na fabricação da placa tendo em vista que a carga híbrida teve de
ser preparada à parte do processo e depois depositada sobre as camadas que aguardavam a
mesma.
63
Inclusive isso provocou um determinado intervalo de tempo na obtenção do processo,
manta – fibra de vidro – resina, e a parte da camada da carga híbrida. Isso possivelmente pode
ter ocasionado uma influencia no “gel time” da resina bem como no processo de curado
(polimerização) da placa híbrida.
Na figura 3.18 mostra-se a placa híbrida com destaque para a configuração bem
definida em termos das camadas.
Figura 3.18 - Placa híbrida em detalhe na distribuição das camadas.
3.3.4 - ENSAIOS REALIZADOS E LOCAIS DOS ENSAIOS
Os ensaios físicos e mecânicos realizados são apresentados a seguir:
•
Absorção de umidade;
•
Tração uniaxial - estado seco;
•
Tração uniaxial – estado úmido;
•
Flexão em três pontos – estado seco;
•
Flexão em três pontos – estado úmido.
Na tabela 3.4 apresentam-se as características dimensionais dos corpos-de-prova
utilizados nos ensaios de tração uniaxial e flexão em três pontos segundo a ASTM D 3039M –
00 e ASTM D 790 – 96ª, respectivamente. Na tabela 3.5 mostram-se as dimensões dos
corpos-de-prova para o ensaio de absorção de umidade segundo a norma ASTM D 570 - 95.
64
Ressalta-se que as dimensões dos corpos-de-prova são as mesmas para os estados seco e
úmido.
Tabela 3.4 - Dimensões dos corpos-de-prova para os ensaios mecânicos de tração uniaxial e
flexão em três pontos em valores médios.
DIMENSÕES***
ENSAIO
L(mm)
*
dP
e(mm)
Span ou Galgo
**
dP
⎭(mm)
QUANTIDADE
Tração Uniaxial
25,50
0,56
10,47
0,52
127,00
05
Flexão em 3 pontos
14,09
0,147
9,58
0,231
145,00
05
* Largura
** Espessura
*** em valores médios
Tabela 3.5 - Dimensões dos corpos-de-prova para o ensaio de absorção de umidade
em valores médios
DIMENSÕES***
ENSAIO
Absorção
* Largura
L(mm)*
dP
a(mm)****
dP
e(mm)**
dP
26,67
0,336
74,63
1,335
8,08
0,253
** Espessura
*** em valores médios
QUANTIDADE
05
****Largura
Para todos os ensaios realizados na placa híbrida foram feitas análises macroscópicas e
microscópicas da característica da fratura.
Os corpos-de-prova foram cortados mediante auxílio de uma serra circular elétrica e
polidos para realização do estudo micrográfico nos mesmos, tanto aqueles submetidos ao
ensaio de tração quanto aos que foram submetidos ao de flexão em três pontos.
Os ensaios foram realizados em Natal/RN, a listagem abaixo mostra os locais de
realização dos mesmos.
•
Absorção de umidade – Laboratório de Metalografia - Núcleo de Tecnologia Universidade Federal do Rio Grande do Norte;
•
Ensaio de Flexão em três pontos nos estado seco – Laboratório de Ensaios Mecânicos
– Centro de Ciências Exatas e da Terra - Universidade Federal do Rio Grande do
Norte;
•
Ensaio de Flexão em três pontos no estado úmido – Centro de Tecnologia do Gás,
Natal/RN;
•
Ensaio de Tração uniaxial nos estados seco e úmido – Centro de Tecnologia do Gás,
em Natal/RN;
65
3.3.5 – DESCRIÇÃO DOS ENSAIOS REALIZADOS
A seguir são descritos os ensaios mecânicos e físicos realizados na placa híbrida, bem
como os equipamentos utilizados nos ensaios realizados. Os corpos-de-prova foram mantidos
nas condições especificadas pelas normas para cada ensaio e os resultados obtidos são
apresentados por meio de tabelas e os gráficos foram gerados pelo software Origin 6.0.
3.3.5.1 – ENSAIO DE ABSORÇÃO DE UMIDADE
Os corpos-de-prova para os ensaios de absorção de umidade foram cortados, lixados,
marcados e medidos para determinar suas dimensões finais com os referidos desvio-padrão de
cada medida.
Foram colocadas 05 amostras em estufa a 50ºC, esta com controlador de temperatura e
pesados após 24 horas na estufa. A primeira medição como foi realizada com os corpos-deprova secos e logo depois foram imersos em água destilada. As outras duas medições
seguintes foram realizadas com 48 horas e 72 horas após a primeira medição seca
As demais medições seguiram um espaçamento maior de dias até a obtenção da curva
de saturação, a qual consiste de três medições constantes ou com uma variação entre elas
menor do que 1%, conforme a norma. Foi utilizada uma balança eletrônica conforme solicita
a norma de resolução de 0,0001g.
Para o cálculo do teor de absorção de umidade usou-se a expressão 3.6:
U=
MU − M S
x 100
MS
Onde:
•
MU – massa úmida (g);
•
MS – Massa seca (g);
•
U – teor de absorção de umidade (%)
( 3.6 )
66
3.3.5.2 – ENSAIOS DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS
O ensaio de flexão em três pontos nos corpos-de-prova nos estados seco e úmido
saturado foram realizados segundo a norma indicada anteriormente. Os corpos foram lixados
e polidos para após servirem para análise da fratura por micrografia ótica.
Os corpos-de-prova foram ajustados na base com o vão de 145,00 mm, com o
comprimento de 182,00 mm e velocidade de ensaio de 4 mm/min. 08 corpos-de-prova foram
ensaiados, com 05 selecionados com fraturas dentro do galgo.
Para o ensaio em condição úmida, os corpos-de-prova foram colocados imersos em
água destilada por mais de 06 meses. Após esse período os corpos foram ensaiados na
temperatura ambiente. Na figura 3.19 ilustra-se o ensaio de flexão em três pontos com os
corpos-de-prova em estado seco e na figura 3.20 ilustra-se o ensaio com os corpos-de-prova
em estado úmido saturado.
Figura 3.19 - Corpo de prova em deflexão (seco).
Figura 3.20 - Corpo de prova em deflexão (úmido)
67
Ressalta-se que os corpos-de-prova foram cortados mantendo o eixo longitudinal dos
mesmos a 0˚, ou seja, coincidente com a direção das fibras contínuas de vidro. Dessa forma
os esforços de tração e compressão nas camadas abaixo e acima da linha neutra,
respectivamente, estariam na direção dessas fibras.
Assim posto, usou-se a expressão 3.7 para a determinação da tensão última à flexão,
ou seja, a tensão de tração localizada na superfície inferior da placa (superfície tracionada) e a
equação 3.8 para determinação do módulo de elasticidade.
Para plotagem dos pontos obtidos na confecção do diagrama tensão–deformação fezse uso do software Origin 6.0. Este procedimento foi usado tanto para os corpos-de-prova em
estado seco quanto os no estado úmido.
σ=
3PL
2bd 2
(3.7)
Onde:
•
σ - é a tensão última à flexão (MPa);
•
P – é força aplicada e referente à ruptura do material (N);
•
L – é a distância entre os apoios (mm);
•
b – é a largura da amostra ensaiada (mm);
•
d – é a espessura da amostra ensaiada (mm)
E=
L3 m
4bd 3
Onde:
•
E – é o módulo de elasticidade na flexão (GPa);
•
L – é a distância entre os apoios (mm);
•
b – é a largura da amostra ensaiada (mm);
•
d – é a espessura da amostra ensaiada (mm);
•
m – é a inclinação da tangente na porção inicial da curva carga-deflexão (N/mm).
(3.8)
68
3.3.5.3 – ENSAIOS DE TRAÇÃO UNIAXIAL
Os corpos-de-prova para os ensaios de tração uniaxial tanto para o estado seco quanto
de úmido saturado seguiram o mesmo procedimento dos de flexão em três pontos, ou seja,
corte, lixamento e polimento. A direção de aplicação da carga trativa também se deu na
direção longitudinal das fibras contínuas de vidro.
A máquina de ensaio SHIMADZU, AG – I, usada para o ensaio de tração, fornece,
diretamente, os parâmetros necessários para a determinação do comportamento mecânico do
material (módulo de elasticidade, carga máxima, carga de ruptura, deslocamento máximo, os
valores médios juntamente com o desvio padrão).
Porém é necessário determinar a relação entre a tensão gerada nos ensaios e a
deformação produzida. Esses parâmetros foram determinados segundo a norma descrita
anteriormente. Para a plotagem dos resultados obtidos em um diagrama tensão-deformação,
foi utilizada o software Origin 6.0. Este procedimento foi usado tanto para os corpos-de-prova
em estado seco quanto os no estado úmido.
Os corpos-de-prova foram ajustados nas garras da máquina com uma distância entre as
garras de 127 mm (comprimento do galgo) para um comprimento de 205 mm. A velocidade
de ensaio foi de 1 mm/min. 8 corpos-de-prova foram ensaiados, com 5 selecionados com
fraturas dentro do galgo.
Em alguns corpos-de-prova usou-se extensômetro elétrico na medição da deformação
e conseqüentemente do módulo de elasticidade, de forma a estabelecer uma análise
comparativa entre os resultados obtidos pelo dispositivo e pela máquina. Esse procedimento
foi usado tanto nos corpos-de-prova na condição seca quanto na condição saturação de
umidade.
Os corpos-de-prova para o ensaio no estado úmido saturado foram imersos em água
destilada por um período superior a 6 meses. Após esse período os corpos eram ensaiados na
temperatura do ambiente. Nas figuras 3.21 e 3.22 ilustram-se os ensaios de tração uniaxial no
estado seco e no estado úmido saturado, respectivamente.
69
Figura 3.21 – Tração uniaxial, estado seco.
Figura 3.22 - Tração uniaxial, estado úmido.
Para a realização dos ensaios mecânicos foram utilizados os seguintes equipamentos:
•
Máquina de ensaio à flexão SHIMADZU, AG – I, 100KN(UFRN);
•
Máquina de ensaio à tração SHIMADZU, AG – I, 250KN(CT GÁS/RN)
Na figura 3.23 ilustra-se a máquina de ensaio mecânico utilizada nos ensaios de tração
uniaxial e flexão em três pontos em ambos os laboratórios.
Figura 3.23 – Máquina para os ensaios de tração uniaxial e flexão em três pontos.
70
4 – ANÁLISES DOS RESULTADOS
Este capítulo tratará das análises dos resultados. A primeira parte constará dos
resultados e das conseqüentes análises da caracterização da matéria-prima, o endocarpo. Esta
parte constará de análise microscópica óptica, na busca da diferenciação visual entre o
endocarpo e a madeira e a possível morfologia presente no endocarpo seco. Serão
apresentados, também, os ensaios de difração de raios-x, de forma a verificar se há alguma
diferença cristalográfica entre os endocarpos gigante e anão. Em seguida será mostrado o
estudo do comportamento do endocarpo seco em meio a um ambiente de temperatura elevada
e os efeitos decorrentes deste ambiente através dos ensaios de análise térmica diferencial e
análise termogravimétrica.
A segunda parte constará da fabricação da chapa híbrida aglomerada (CHMC) e da
placa híbrida de plástico reforçado com fibras de vidro (PHFV-MC) com configuração
tubular. Em ambos os produtos idealizados, encontram-se presente a carga híbrida a base de
resíduos de madeira e endocarpo do coco.
Nesta parte serão analisados os aspectos visuais dos produtos obtidos, a estrutura em
nível micrográfico, bem como os possíveis defeitos gerados pelos processos de fabricação
escolhido neste projeto.
A terceira parte constará da análise dos resultados obtidos nos ensaios físicos e
mecânicos realizados na CHMC e na PHFV-MC. Os ensaios buscarão estabelecer os
parâmetros necessários para se conhecer o comportamento mecânico de cada estrutura híbrida
fabricada. Para todo este conjunto de informações as análises acompanharão os resultados
respectivos de cada material híbrido.
Salienta-se aqui, que a grande dificuldade em se avaliar o endocarpo seco está na
escassez de publicações científicas na caracterização do mesmo, observação compartilhada
por Castor (1985) que desde aquela época já relatava essa dificuldade e por Franco Junior
(2005), que realizando busca de referências a partir de 1995 até 2005 não encontrou nenhum
trabalho que tratasse do tema quanto a suas propriedades físicas, químicas ou mecânicas do
endocarpo seco no Brasil.
No entanto, na busca de referência, localizou-se o trabalho de Castor (1985), que cita
algumas referências que tratam da caracterização do endocarpo do coco seco quanto a sua
composição, onde através delas, ressalta-se o trabalho de referência datado de 1937 que
71
apresenta a composição do endocarpo seco, a qual é tomada como apenas um indicativo para
este trabalho de investigação.
Posto isso, procura-se caracterizar o endocarpo do coco seco no âmbito deste trabalho,
utilizando elementos comparativos que possam servir de base para análises conclusivas.
4.1 – CARACTERIZAÇÃO DO ENDOCARPO SECO
Este item tratará dos resultados obtidos dos ensaios realizados com vista a
caracterização do endocarpo seco, no caso, os ensaios de difração de raio-x, termogravimetria
e análise térmica diferencial. Também foi determinado o histograma da densidade
volumétrica e a micrografia óptica dos endocarpos a serem caracterizados.
4.1.1 – ENSAIO DE DIFRAÇÃO DE RAIO-X (DRX)
Esse ensaio tem por objetivo a avaliação da estrutura cristalográfica dos materiais
ensaiados se existem diferenças na mesma, ou seja, entre os endocarpos secos do tipo gigante
e do tipo anão.
Os difratômetros obtidos para os endocarpos secos dos cocos pesquisados são
apresentados nas figuras 4.1 e 4.2, respectivamente.
350
DIFRATOGRAM A DO ENDOCARPO DO COCO SECO ANÃO
INTENSIDADE(contagem)
300
250
Fase Cristalina
Fase Amorfa
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
2TETA(G RAU S)
Figura 4.1 – Perfil do difratograma do endocarpo seco do tipo anão
65
72
DIFRATOGRAMA ENDOCARPO DO COCO GIGANTE SECO
350
INTENSIDADE (contagem)
300
Fase Amorfa
250
Fase Cristalina
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
2TETA(GRAUS)
Figura 4.2 – Perfil do difratograma do endocarpo seco do tipo gigante
Como se observa pela análise das figuras 4.1e 4.2 não existem nenhuma diferença
entre os perfis apresentados. É interessante observar que Tanobe (2003) encontrou
difratogramas semelhantes, porém com a caracterização de um biocompósito de poliéster à
base de luffa cilíndrica ou sisal com uma fase amorfa e outra cristalina, mesmo tendo a luffa e
o sisal sido tratados quimicamente. As diferenças ficaram por conta dos picos da fase
cristalina e amorfa.
Cardona et al. (2003) também encontraram um difratograma semelhante aos dos
endocarpos, porém sem fase amorfa, uma vez que este trabalho buscava a obtenção do silício
a partir da queima da casca de arroz.
Os difratogramas individuais indicados nas figuras 4.1 e 4.2 indicam a presença de
duas fases distintas. Uma sendo indicativo de fase cristalina e outra indicando característica
amorfa para ambos os tipos de endocarpos.
Dessa forma, o perfil obtido no difratograma aponta para uma estrutura cristalina e
outra amorfa, esta pela provável presença de lignina e hemicelulose e a outra pela presença de
celulose.
73
Nas figuras 4.3 (a), (b) e (c) ilustram-se essa afirmativa com a presença das fibras.
a
b
c
Figura 4.3 - (a): Presença de fibras no interior dos endocarpos; (b): fibras transversais e (c):
Fibras longitudinais.
Ressalta-se que o endocarpo seco precisa de 12 meses para estar completamente
maduro e é, na verdade, a última porção do fruto a ser formada. A lignina reveste-se também
dessa característica na fibra vegetal e é a última estrutura a ser formada na parede celular. É o
produto final do metabolismo da planta e está presente em quase todo vegetal. Ela por
definição é um polímero aromático completamente amorfo, KLOCK et al. (2005).
Dessa forma, podemos inferir que o endocarpo seco seja anão ou gigante, apresenta
lignina em alto teor em suas estruturas tanto quanto as fibras de coco apresentam na sua. Isso
é um fator importante para o seu aproveitamento na aplicação, por exemplo, em painéis de
partículas aglomeradas.
Outro aspecto a ser observado e que poderia influenciar os resultados no difratograma
é o processo de moagem do endocarpo, uma vez que o tempo de processamento do material
poderia provocar redução excessiva no tamanho médio das partículas e dificultar a reflexão
74
das mesmas durante o ensaio de difração que foi realizado pelo método do pó. Fenômeno
observado por Zardo et al. (2004).
Porém, neste trabalho, mantivemos as mesmas condições de tempo e equipamento
para o processamento tanto para o endocarpo seco do tipo anão quanto o do tipo gigante
conforme exposto no capítulo referente a materiais e métodos. Dessa forma, pode-se perceber
que o endocarpo seco, seja anão ou gigante, pelo resultado do difratograma, não apresenta
diferenças em suas estruturas, apresentando duas fases, uma amorfa (lignina e hemicelulose) e
outra cristalina (celulose).
Acresce ainda o fato de que o índice de cristalinidade (IC) calculado para ambos os
tipos de endocarpo foram iguais a I CA = I CG = 0,3374 dado pela equação 4.1, usada por
Tanobe et al. (2003).
IC = 1−
IA
IC
(4.1)
Onde
IC é o índice de cristalinidade;
IA é a intensidade do pico amorfo;
IC é a intensidade do pico cristalino.
Nisso, o grau de cristalinidade influencia as propriedades mecânicas, pois está
relacionado com as ligações secundárias intermoleculares que existem em grande número em
regiões cristalinas e com o nível de compactação nessas regiões. Assim pode-se esperar que o
índice de cristalinidade possa dar um indicativo do módulo elástico do material, no caso em
questão, os endocarpos secos do tipo anão e gigante podem ser equivalentes.
4.1.2 – ANÁLISES TÉRMICAS
Este item trata-se de verificar se existe alguma diferença entre os tipos de endocarpos
estudados quanto à estabilidade do material sob a influência da temperatura nas condições de
ensaio.
Para a análise térmica serão utilizados os ensaios de Termogravimetria (TG) e a
Análise Térmica Diferencial (DTA) e um estudo comparativo a cerca do endocarpo seco, seja
75
do tipo anão ou gigante é estabelecido. As mesmas condições de ensaios foram aplicadas para
ambos os tipos.
4.1.2.1 - TERMOGRAVIMETRIA
As curvas termogravimétricas para os endocarpos secos do tipo anão e gigante são
apresentadas a seguir através das figuras 4.4 e 4.5.
TG ENDOCARPO SECO DO COQUEIRO ANÃO
30,42ºC(3,896mg)
1ª etapa
4,0
98,51C a 225,26ºC(3,601mg)
3,5
3,0
2ª etapa
Massa(mg)
225,26C a 338,26ºC(1,712mg)
2,5
2,0
1,5
3ª etapa 338,26ºC a 410,93ºC(1,075mg)
1,0
4ª etapa
410,93ºC a 424,93ºC(0,197mg)
5ª etapa
424,93ºC a 497,37ºC(0,039mg)
0,5
0,0
0
100
200
300
400
500
Temperatura(ºC)
Figura 4.4 - Curva Termogravimétrica do endocarpo seco anão
Pela curva da figura 4.4 observa-se que o endocarpo seco do tipo anão começa a
perder massa na temperatura de 30,42 ºC com a massa de 3,896 mg. Quando chega aos 98,51
ºC ele inicia o patamar e a massa se reduz para 3,601 mg e permanece assim até os 225,26 ºC.
Nesta temperatura ele perde massa rapidamente até 338,26 ºC com 1,721 mg. A partir de
338,26 ºC a perda é continua, porém de maneira mais suave que o trecho anterior. Quando a
temperatura chega aos 410,93 ºC a massa assume o valor de 1,075 mg e, neste trecho, tem-se
uma rápida e grande perda de massa para uma pequena variação da temperatura que agora é
de 424,95 ºC. Neste ponto a massa é de 0,197 mg. A partir daí a amostra continua a perder
massa, mas de maneira mais lenta até alcançar a temperatura de 497,37 ºC, onde a massa é de
0,0394 mg, nesta temperatura praticamente todo o material foi consumido no ensaio.
76
5,0
TG DO ENDOCARPO SECO DO COQUEIRO GIGANTE
4,5
4,0
39,26ºC(3,702mg)
1ª etapa 96,39ºC a 223,76ºC(3,384mg)
MASSA(mg)
3,5
3,0
2ª etapa
2,5
223,76ºC a 334,82ºC(1,482mg)
2,0
1,5
3ª etapa
1,0
0,5
5ª etapa
0,0
0
100
200
300
400
334,82ºC a 418,91ºC(0,788mg)
4ª etapa
418,91ºC a 451,87ºC(0,366mg)
451,87ºC a 499,7ºC(0,1341mg)
500
TEMPERATURA(ºC)
Figura 4.5 - Curva Termogravimétrica do endocarpo seco gigante
Na figura 4.5 observa-se que o início da perda de massa é aos 39,26 ºC com a massa
de 3,702 mg até a temperatura de 96,39 ºC, na qual se inicia o patamar da curva termométrica.
A partir desse ponto a perda de massa é praticamente constante, formando o patamar da curva
gravimétrica, com o aumento da temperatura até os 223,76 ºC e com a massa de 3,384 mg. A
partir dessa temperatura o endocarpo começa a perder massa mais rapidamente indo aos 1,482
mg na temperatura de 334,82 ºC. Após inicia-se uma perda menos pronunciada que o outro
trecho, indo até a temperatura de 418,91 ºC com a massa de 0,788 mg. Nessa temperatura o
endocarpo seco começa a perder massa rapidamente em uma pequena variação de temperatura
que vai para 451,87 ºC com a massa de 0,366 mg. E Finalmente, após a massa chega aos
0,1341 mg na temperatura de 499,7 ºC encerrando o ensaio.
Na tabela 4.1, mostra-se de forma comparativa a variação da perda da massa para os
dois tipos de endocarpos secos com a respectiva faixa de temperatura associada.
77
Tabela 4.1 - Comparativo TG entre os endocarpos secos
ENDOCARPO TIPO ANÃO
PERDA DE MASSA
ENDOCARPO TIPO GIGANTE
FAIXA DE
PERDA DE MASSA
FAIXA DE
(mg)
(%)
TEMPERATURA(ºC)
(mg)
(%)
TEMPERATURA(ºC)
0,037
1,02
0 – 30,42
0,002
0,0005
0 – 39,26
0,298
7,64
30,66 – 225,26
0,318
8,6
39,26 – 223,76
1,889
47,99
225,26 – 338,26
1,902
51,34
223,76 – 334,82
0,637
16,18
338,26 – 410,93
0,694
18,73
334,82 – 418,91
0,878
22,30
410,93 – 424,93
0,422
11,39
418,91 – 451,87
0,158
0,40
424,93 – 497,37
0,232
6,26
451,87 – 499,7
Na figura 4.6 mostra-se o comparativo da curva termogravimétrica para os endocarpos
secos.
Curva Termogravimétrica
Comparativo entre os endocarpos secos
5,0
4,5
4,0
MASSA (mg)
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
ENDOCARPO SECO DO TIPO GIGANTE
ENDOCARPO SECO DO TIPO ANÃO
0,5
0,0
0
100
200
300
400
500
TEMPERATURA (ºC)
Figura 4.6 – TG Comparativo entre endocarpos secos
Santos (2006) analisando a curva TG para a fibra de coco verificou que no início da
perda de massa está associada com a perda de água e substâncias voláteis e depois a
hemicelulose entre 200º C e 260 ºC para depois a degradação de celulose, na faixa de 240 ºC a
350 ºC e finalmente a decomposição da lignina de 280 ºC até 500 ºC. Bartkowiak e
Zakrzewski (2004) encontraram para a degradação da lignina na faixa de 350 ºC a 450 ºC.
78
Comportamento semelhante para o endocarpo seco observado nesta pesquisa, ou seja,
iniciando pela água e substâncias voláteis, depois a hemicelulose, a celulose e no final a
lignina.
Diante dos resultados apresentados pode-se constatar que as degradações tanto do
endocarpo seco do tipo anão quanto ao do tipo gigante ocorrem em cinco etapas distintas e
que estão diretamente relacionadas com as figuras apresentadas no item anterior, bem como o
resultado apresentado pelo DRX, ou seja, onde se identificam a fase amorfa e a fase cristalina
para ambos os casos. No entanto, essas etapas ocorrem de formas diferenciadas tanto para o
caso da redução da massa quanto à faixa de temperatura associada a essas perdas, quando os
dois tipos de endocarpos secos são comparados. Isso pode estar relacionada com natureza dos
constituintes que compõem as madeiras, e os componentes minoritários de baixo peso
molecular, extrativos e substâncias minerais, os quais são geralmente mais relacionados à
madeira de certas espécies, no tipo e quantidade da celulose, da hemicelulose (polioses) e da
lignina (SIIMER, 2006).
O perfil da curva TG encontrado por Santos (2006) e Salazar et. al. (2005) não difere
muito do perfil encontrado para os dois tipos de endocarpos o que leva a compreensão de que
o endocarpo do coqueiro seco seja do tipo anão ou gigante, apresentam um comportamento de
material lignocelulósico.
Porém, não existem informações que possam ser utilizadas como parâmetros de
comparação para identificar quais os elementos que os compõem, quais os teores existentes, a
influência deles nas propriedades físicas, térmicas e mecânicas. Mas pelas características
apresentadas nas curvas termogravimétricas, ambos os endocarpos apresentam as mesmas
características, conforme anteriormente apresentado.
Kim et al. (2004) informam que os materiais lignocelulósicos se degradam
termoquimicamente a partir de 150 ºC até 500 ºC, assim, podemos considerar que na primeira
etapa da curva, tanto no endocarpo seco do tipo anão ou gigante, está relacionado com as
perdas de umidade, da poliose e seus componentes (xilose, manose, glucose e outros) e
elementos voláteis (Siimer et al., 2006). Nesta faixa de temperatura a lignina começa a
amolecer, pois temperatura de transição vítrea da lignina é em torno de 135 ºC a 195 ºC.
Nesta etapa a poliose, que é um polímero natural, começa a amolecer, torna-se adesiva e após,
se degrada. Quando secas, perdem sua elasticidade e endurecem (SIIMER et al., 2006).
Retomando a tabela 4.1, anteriormente apresentada, esta indica que a diferença nesta
fase da degradação entre os endocarpos ensaiados ficou em 1,0%. Isso pode indicar que o teor
da poliose para os dois tipos de endocarpos é equiparado.
79
A segunda etapa envolve a deterioração da celulose até os 350 ºC, conforme indicam
Santos (2006) e Kim et al. (2004). Pela curva TG observa-se que a celulose se degrada de
forma rápida em ambos os tipos de endocarpos e a tabela 4.1 fornece a diferença de 3,35 %
em relação à perda de massa entre os endocarpos dentro de uma mesma variação de
temperatura. Isso corrobora com os resultados da tabela 4.1 para a segunda etapa da
degradação, indicando que possivelmente a degradação da celulose no endocarpo do coco
seco deve estar dentro da faixa apresentada pela tabela 4.1. Acresce a isso o fato de que a
celulose se degrada dentro da faixa de 275 ºC a 350 ºC apresentado por Santos (2006) e Kim
(2004).
Outro fato a ser considerado é de que a degradação da celulose indicada pela tabela 4.1
está na faixa da degradação da celulose para as fibras de coco seco citado por Salazar (2005).
A lignina é um material rígido quando no estado seco, sendo o último material
lignocelulósico a se degradar, sendo que a degradação se inicia entre 250 ºC a 280 ºC e
finaliza aos 500 ºC, segundo Kim et. al, (2004) e Santos (2006). Dessa forma é o que está
sendo indicado na tabela 4.1 para os dois tipos de endocarpo secos e representados pela curva
TG.
Outro aspecto é que no endocarpo anão há uma perda de massa maior do que no
endocarpo gigante indicadas pelas etapas três e quatro com 38,48 % e 30,12 %,
respectivamente. Essas etapas enquadram a faixa de degradação da lignina apresentada por
Santos (2006) e Kim et al. (2004). Possivelmente, deve haver presença ainda de celulose nesta
etapa, haja vista a temperatura final para a degradação da celulose e que ela pode ocorrer
acima dos 300ºC, Gao et al. (2004).
A redução de massa apresentada pela tabela 4.1 se enquadra no teor de lignina para as
fibras de coco seco apresentadas pelos autores já citados acima. Além disso, as perdas de
massa produzidas nas etapas um, três e quatro possivelmente referentes à hemicelulose e
lignina, respectivamente, são menores quando comparada com a etapa referente à perda de
massa da celulose, conforme indicado por Gao et al (2004).
Outro aspecto a ser considerado é o comportamento em relação à temperatura da
lignina que sendo um material polimérico amolece e freqüentemente torna-se pegajoso,
apresentando-se como um adesivo.
Isto se deve provavelmente ao aumento da área de contato aliada à interdifusão das
cadeias poliméricas, causadas pelo aumento do movimento molecular que se estabelece acima
do ponto de transição vítrea.
80
Deste modo é de se esperar que o comportamento adesivo da lignina varie com a
temperatura. As propriedades termoplásticas da lignina desempenham uma função importante,
tanto na fabricação de papel e papelão não branqueados, como na de chapas de fibras de
madeira, SIIMER et al. (2006).
O comportamento acima indicado por Simer et al. (2006) é corroborado pela curva TG
dos endocarpos secos nas etapas três e quatro, quando a lignina começa a se deteriorar.
A última etapa diz respeito aos últimos produtos do material lignocelulósico sendo
deteriorado. Porém na tabela 4.1 observa-se que a perda referente ao endocarpo anão foi
muito menor nesta etapa do que o endocarpo gigante que assumiram a variação de 0,4 % e
6,26 %, respectivamente. Isso quer dizer que, possivelmente, o endocarpo anão foi consumido
mais rapidamente nas etapas três e quatro do que o do tipo gigante.
Finalmente, as variações de temperatura nesta etapa assumiram os valores de 72,44 ºC
e 47,00 ºC, para o endocarpo seco do tipo anão e gigante, respectivamente.
4.1.2.2 – ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL
Nas figuras 4.7 e 4.8 mostram-se as curvas DTA obtidas nos ensaios para os
endocarpos secos do tipo anão e gigante, respectivamente.
ENDO
30
4º Pico
25
20
3º Pico
MCAL/s
15
1º Pico
10
2º Pico
5
0
0
100
200
300
400
500
o
Temperatura ( C)
Figura 4.7 – Curva DTA para o endocarpo seco do tipo anão
ENDO
81
30
4º Pico
25
20
3º Pico
MCAL/s
15
1º Pico
2º Pico
10
5
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
o
Temperatura ( C)
Figura 4.8 – Curva DTA para o endocarpo seco do tipo gigante
A degradação dos endocarpos apresentados pela curva TG para ambos os tipos de
endocarpo podem ser relacionados com a curva DTA para cada tipo. Dessa forma têm-se as
seguintes considerações observadas no DTA do endocarpo seco do tipo gigante:
a) Na faixa compreendida entre 39,29ºC a 96,39ºC a curva DTA apresenta o primeiro
pico exotérmico referente as liberação da umidade adsorvida com o conseqüente
aumento de temperatura da amostra em relação à de referência do ensaio;
b) A faixa compreendida entre 96,39ºC a 223,76ºC na curva TG representa o patamar da
curva, onde não há perda de massa significativa, contudo na curva DTA apresenta-se
com um pico exotérmico suave e largo que pode estar associado com a presença de
fragmentos oxidativos instáveis da celulose;
c) Na faixa compreendida entre as temperaturas de 223,76ºC e 334,82ºC da curva TG
representa o terceiro pico exotérmico na curva DTA que indica a degradação da
hemicelulose e seus derivados conforme é indicado pela curva TG, anteriormente
apresentado;
d) Na curva DTA o quarto pico exotérmico representado na curva TG pelas temperaturas
de 334,82 ºC a 418,91 ºC indica a degradação da celulose. É o pico máximo e de
maior liberação de calor;
e) Nas faixas de temperaturas de 418,91 ºC a 451,87 ºC e 451,87 ºC a 499,7 ºC da curva
TG não há ocorrência de picos exotérmicos ou endotérmicos na curva DTA nas
condições do ensaio realizado.
82
O fenômeno descrito acima ocorreu também no endocarpo seco do tipo anão,
respeitando obviamente as faixas de temperaturas para cada tipo de endocarpo. Na tabela 4.2
relacionam-se as curvas TG e DTA para os endocarpos ensaiados, estabelecendo as
degradações com as relativas reações presentes em cada caso.
Tabela 4.2 – Comparativo entre as curvas TG – DTA para endocarpo seco
CURVA TG
CURVA DTA
Faixa de Temperatura (ºC)
Reações
Gigante
Anão
39,26 – 96,39
30,42 – 98,51
Exotérmica (água adsorvida)
96,39 – 223,76
98,51 – 225,26
Exotérmica (sem perda de massa significativa)
223,76 – 334,82
225,26 – 338,26
Exotérmica (hemicelulose)
334,82 – 418,91
338,26 – 410,93
Exotérmica (celulose)
418,91 – 451,85
410,93 – 424,93
Não há ocorrência de picos exotérmicos ou endotérmicos
451,87 – 499,70
424,23 – 497,37
Não há ocorrência de picos exotérmicos ou endotérmicos
Do exposto acima, observa-se que tanto o DTA do endocarpo seco do tipo anão
quanto o do tipo gigante, apresentaram o mesmo perfil, indicando que não existe nenhuma
diferença entre os endocarpos secos quando submetido às mesmas condições de ensaio.
Ambos os perfis têm o mesmo comportamento em relação à linha de base e
apresentaram a mesma capacidade calorífica, conforme Ionashiro e Giolito (2002), Willard et
al. 1950 e Wendhausen et al., (2005) como também poderão apresentar o mesmo
comportamento em relação à transição vítrea Wendhausen et al., (2005).
Não foi observado na curva DTA qualquer pico, seja exotérmico ou endotérmico, na
faixa de temperatura de degradação da lignina, esta, indicada pela curva TG.
Outro aspecto a ser observado é que os picos exotérmicos indicam que as amostras
tanto a do endocarpo seco do tipo anão quanto à do tipo gigante tiveram o mesmo
comportamento frente à amostra de referência do ensaio DTA, ou seja, as amostras elevaram
suas temperaturas, liberaram o calor gerado continuamente até a finalização do ensaio.
Isso se deve provavelmente ao comportamento de alguns materiais lignocelulose
utilizados para gerar energia térmica como é o caso dos endocarpos secos do coco
(SHOPOVA et al., 1997), (ODOCHIAM et al., 2007).
83
4.1.3 – ANÁLISE MICROGRÁFICA
Neste item procuraremos identificar, por meio da microscopia óptica, as características
microestruturais de cada endocarpo analisado. O estudo micrográfico foi realizado no
laboratório de metalografia do Núcleo de Tecnologia da Universidade Federal do RN, com a
superfície apenas polida e sem sofrer nenhum ataque químico em sua superfície.
O objetivo principal é o de verificar a existência de diferenças entre os endocarpos em
relação as suas microestruturas o que impossibilitariam de serem utilizados de forma conjunta
como carga híbrida nesta proposta de trabalho. Além dos endocarpos utilizados para a
caracterização fornecida pela EMPARN usaram-se também os endocarpos fornecidos pela
indústria, no caso sem classificação. Os resultados encontram-se apresentado nas figuras 4.9
(a – c) a seguir.
Figura 4.9 (a) – Microestrutura do endocarpo seco gigante (Ampliação: 100X)
Figura 4.9 (b) – Microestrutura do endocarpo seco anão (Ampliação: 100X)
84
Figura 4.9 (c) – Micrografia do endocarpo seco sem classificação (indústria)
(Ampliação: 100X)
Do estudo micrográfico apresentado pode-se observar que não existe diferença na
microestrutura dos endocarpos analisados, inclusive o endocarpo sem classificação que pode
ser tanto do tipo anão ou gigante. Além disso, podem-se classificar os endocarpos como sendo
um material lignocelulósico.
Na figura 4.10 ilustra-se a formação da estrutura celular da fibra de coco, apresentada
por Coutts (1992). É possível que os endocarpos sejam formados por células lignocelulósicas
sem a presença da lacuna central como é o caso das fibras. Se assim for, isso deve contribuir
para diminuir a absorção de umidade do endocarpo.
Célula
Lacuna central
Lamela intercelular
Figura 4.10 – Desenho esquemático da estrutura celular da fibra de coco
85
Outra observação é que o endocarpo é formado por células individuais que se agrupam
e se adéquam em formas circulares e alongadas como mostra a figura 4.9(a) e ficam imersas
em um constituinte que garante a coesão e rigidez do endocarpo seco conforme apresenta a
figura 4.9(c). É possível que esta coesão seja proveniente da lignina ou é a própria lignina,
porém esta verificação foge ao escopo deste trabalho de investigação.
4.1.4 - CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA
Esta análise tem como finalidade avaliar o tamanho e forma do particulado usado na
fabricação da chapa homogênea de particulado aglomerado com resíduos de derivado de
madeira e moveis e o endocarpo do cocos nucífera linn na condição seca.
Os endocarpos foram colocados em um classificador de peneiras por vibração e
agitado por 10 minutos, após o resíduo retido em cada peneira foi pesado separadamente.
Na tabela 4.3 é mostrado o perfil granulométrico do particulado produzido pelo
endocarpo seco e apresenta a tendência no tamanho das partículas de 0,6 a 3,36 mm.
Tabela 4.3 – Característica granulométrica dos endocarpos secos
PENEIRAS (mm)
0,6
2,36
3,36
4,75
RESÍDUO + RECIPIENTE
53,81
43,14
29,55
23,95
RESÍDUO (g)
31,62
20,95
7,35
1,76
RESÍDUO (%)
31,62
20,95
7,35
1,76
0,6 (não retido)
59,76
37,57
37,57
RESÍDUO PERDIDO
----
0,75
0,75
TOTAL
-----
100,00
100,00
Quanto à forma do particulado, na figura 4.11 (a) e (b) mostra-se o endocarpo seco
antes e após o processamento. Observa-se a ausência de cantos vivos na forma final do
endocarpo e a variação da granulometria usada na fabricação da chapa
86
Figura 4.11 (a) – Endocarpo antes da moagem
Figura 4.11 (b) – Após a moagem
4.1.5 - HISTOGRAMA DA DENSIDADE DO ENDOCARPO SECO
Para determinação da densidade volumétrica do endocarpo seco, optou-se por realizar
uma estimativa dessa densidade no estado seco do endocarpo. Para isso, selecionaram-se 51
amostras, que foram pesadas em balança eletrônica e verificado o seu volume mediante
paquímetro. Na tabela 4.4 mostram-se os valores estimados da densidade volumétrica do
endocarpo seco e na figura 4.12 mostra-se o histograma obtido.
Tabela 4.4 – Densidade volumétrica* do endocarpo seco
PARÂMETROS
ESTIMATIVA
3
DENSIDADE MÉDIA (Kg/m )
1187,34
DESVIO PADRÃO
309,40
3
DENSIDADE MÁXIMA (Kg/m )
2728,65
DENSIDADE MÍNIMA (Kg/m3)
893,96
COEFICIENTE DE VARIAÇÃO (%)
26,06
DISPERSÃO ABSOLUTA (%)
67,24
* estimada apenas ao ar ambiente
87
50
HISTOGRAMA DA DENSIDADE DO ENDOCARPO SECO
45
40
Nº de Amostras
35
30
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
Densidade(Kg/m3)
2500
Fig. 4.12 – Histograma do endocarpo seco
Diante dos resultados apresentados na tabela 4.4 e pelo histograma, representado pela
figura 4.12 existe a tendência da densidade volumétrica do endocarpo estar na faixa de 1000 a
1200 Kg/m3.
Além disso, o coeficiente de variação, que é a relação entre o desvio padrão e a média
obtida, é um valor razoável, por outro lado a dispersão absoluta, estabelecida pelas densidades
máximas e mínimas, se apresenta com alto valor.
88
4.2 – ESTUDOS NA CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA E NA PLACA
HÍBRIDA DE PLÁSTICO REFORÇADO
4.2.1 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC)
Neste item enfocam-se os parâmetros constituintes como os percentuais de
composição, bem como, algumas observações feitas pelo aspecto visual da chapa fabricada
com a cola poliuretana à base de mamona a 90ºC.
4.2.1.1 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC) COM TRAÇO 75/25
Nas figuras 4.13 (a), (b), (c) ilustram-se a CHMC para o referido traço. Na figura
4.13(a), observa-se a distribuição, de forma geral, entre os resíduos fibrosos de derivados de
madeira e móveis e o endocarpo seco. As demais mostram em detalhes alguns aspectos
observados para este traço.
C
B
Figura 4.13(a) – Foto digital da CHMC com o traço 75/25
89
Interstício entre
endocarpo e fibra
Partícula
Provável região
de vazios
Vazio entre os
endocarpos
Figura 4.13(b) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada com o traço 75/25. Presença de
tamanhos diferentes do endocarpo e de elementos fibrosos.
Região aglutinada
com partícula
Figura 4.13(c) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada com o traço 75/25. Presença de
tamanhos menores do endocarpo, menos sujeita a vazios e interstícios.
90
Desse traço pode-se observar a distribuição dos resíduos de derivados de madeira e
móveis e o endocarpo seco, onde se identifica a melhor aglutinação entre os resíduos de
madeira do que no endocarpo. Verifica-se também a presença de interstícios entre a partícula
de madeira e o endocarpo seco do coco.
Durante a mistura da resina aos resíduos observou-se a presença de aspecto lustroso,
característico de presença de oleosidade na mistura. A chapa fabricada apresentou coloração
mais escura do que o traço 50/50 e há presença de regiões da chapa com pontos de saturação
de resina, indicada por uma coloração esbranquiçada (não identificada pela foto).
4.2.1.2 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC) COM TRAÇO 50/50
Para este traço observou que a adesão da cola à madeira foi melhor do que ao
endocarpo, há presença de interstícios entre a partícula de madeira e o endocarpo seco do
coco e a chapa apresenta-se com coloração escura. Durante a mistura da resina aos resíduos
observou-se a presença de aspecto lustroso, característico de presença de oleosidade na
mistura.
Nas figuras 4.14 (a), (b) e (c) mostram-se as características da CHMC com o traço
50/50. O destaque na figura 4.14(a) refere-se à região ampliada representada pelas figuras
4.14 (b) e (c). Pode-se observar que os pequenos pedaços de endocarpo seco se adéquam
melhor aos resíduos fibrosos
Figura 4.14(a) – Foto digital da CHMC com o traço 75/25
91
Presença de vazios
Interstício entre a partícula
e o endocarpo
Figura 4.14(b) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada com o traço 50/50. Presença de
tamanhos maiores do endocarpo gerando vazios e interstícios.
Endocarpo seco
com dimensões
maiores gerando
interstícios
Resíduo particulado
em adesão na
CHMC
Endocarpo seco com
dimensões menores
Figura 4.14(c) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada com o traço 50/50 mostrando a
boa característica adesiva entre a mamona e o resíduo fibroso.
92
4.2.1.3 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC) COM TRAÇO 25/75
Nas figuras 4.15(a), (b) ilustram-se as características do traço 25/75 que se mostrou
bem melhor do que os outros dois já apresentados, principalmente no comportamento da cola
com as fibras.
Outro aspecto é que o interstício entre a partícula de madeira e o endocarpo seco do
coco foi menor para este traço, principalmente pelo fato de que a quantidade de madeira,
sendo maior e mais leve do que o endocarpo produza uma melhor superfície final do que para
os traços anteriores. A presença do aspecto lustroso identificado nos traços com a maior
quantidade de endocarpo seco não foi observado neste traço.
A presença de vazios na superfície da chapa é muito reduzida, somente gerada pelos
interstícios provocados pelo endocarpo, mas como está em pequena quantidade a tendência é
de se ter esse efeito reduzido. A chapa fabricada apresenta colocação mais clara.
Figura 4.15(a) – Foto digital da CHMC fabricada com o traço 25/75
Na figura 4.15(b) mostra-se de forma ampliada às características apresentadas na
figura 4.15(a), onde o destaque na figura 4.15(a) representa a região de detalhamento
apresentadas nas referidas figuras.
Pode-se observar que os pequenos pedaços de endocarpo seco se adéquam melhor aos
resíduos fibrosos dessa forma podem apresentar melhores propriedades do que os endocarpos
de tamanhos maiores.
93
Endocarpo em
dimensões menores
Presença de interstícios
entre o particulado e
endocarpo seco
Região de adesão do
particulado
Figura 4.15(b) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 25/75
mostrando a boa característica adesiva entre a mamona e o resíduo fibroso.
4.2.1.4 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC) COM TRAÇO 0/100
Este traço apresentou adesão melhor da cola ao aglomerado do que os demais traços
fabricados, além disso, a chapa apresentou a coloração mais clara do que os anteriores. Não
houve presença de interstícios entre o particulado, como também na mistura do resíduo, não
houve presença do aspecto lustroso apresentado quando se utilizou o endocarpo na fabricação
das chapas CHMC.
Nas figuras 4.16(a) e (b) ilustram-se a CHMC fabricada com este traço, aonde se
identifica o melhor acabamento superficial em relação aos demais traços utilizados, inclusive
sem a presença de interstícios ou vazios em sua superfície. Observa-se também a melhor
afinidade apresentada por este resíduo em relação ao endocarpo e fica evidente o perfil
geométrico da fibra processada e usada neste trabalho.
É interessante observar que para este traço a alta heterogeneidade observada nos traços
75/25 e 50/50 com a presença do endocarpo desaparecem completamente neste traço e no
traço 25/75 é reduzida.
94
Figura 4.16(a) – Foto digital da CHMC fabricada com o traço 25/75
Figura 4.16 (b) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 0/100
Na figura 4.16(b) mostra a ausência de interstícios ou vazio no acabamento final da
chapa e isso pode auxiliar nas melhores propriedades mecânicas principalmente as
relacionadas com a adesão dos resíduos como é o caso da resistência a tração perpendicular.
95
4.2.1.5 - CHAPA HÍBRIDA AGLOMERADA (CHMC) COM TRAÇO 100/0
Para a fabricação deste traço algumas dificuldades surgiram principalmente pela
natureza do endocarpo, que para as condições estabelecidas para todos os traços, o colchão
formado apresentou-se menos espesso que os anteriores. Este fato dificultaria a formação do
colchão para a fabricação da chapa e a acomodação das partículas no interior do aglomerado.
Além da menor espessura do colchão, os endocarpos escorregaram, principalmente
quando o molde era removido e conduzido para a prensagem.
Nas figuras 4.17 (a) e (b) ilustram-se o escorregamento dos endocarpos já no colchão
para ser encaminhado à prensa de onde se observa a espessura do colchão produzido. Na
figura 4.17 (a) pode-se observar o colchão entre os limitadores de espessura e se verifica a
baixa espessura do colchão. A figura 3.10 (f) é aqui reapresentada para fins de comparação,
somente.
Figura 3.10(f)
Figura 4.17 (a) – CHMC fabricada com traço 100/0 e resina à base de mamona no colchão
para ser encaminhada a prensa aquecida
Na figura 4.17 (b) mostra-se o detalhe do escorregamento dos endocarpos no colchão e
nas figuras 4.18 (a), (b) mostram-se a chapa fabricada com este traço. Na figura 4.19 mostra a
presença da resina na chapa e as demais características já apresentadas para este traço.
96
Figura 4.17 (b) – Foto digital em detalhe do escorregamento dos endocarpos no colchão
Figura 4.18 (a) – Foto digital da CHMC fabricada no traço 100/0.
Na figura, 4.18 (b), a seguir, mostra em detalhes a região representada em destaque na
figura 4.18(a) o qual se observa um grande número de descontinuidade em função das
espessuras variáveis do endocarpo na chapa fabricada.
Na figura 4.18 (b) observa-se a grande quantidade de descontinuidade e de interstício
na superfície final da chapa, como também de vazios gerados pelos endocarpos.
97
Região rica com presença de
descontinuidade, interstícios e
vazios gerados pela
granulometria não uniforme.
Região rica com granulometria
uniforme.
Figura 4.18 (b) – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada, fabricada com o traço 100/0.
Resina à base de
mamona entre os
interstícios
dos
endocarpos secos
Figura 4.19 – CHMC, foto digital em detalhe e ampliada do traço 100/0 onde se verifica a
presença da mamona entre os interstícios gerados pelos endocarpos.
98
Há presença de interstícios e vazios na chapa. Sendo assim, a placa com esse traço
apresentou interstício entre os endocarpos do coco secos em maiores quantidades do que
quaisquer traços fabricados.
Outro aspecto que se apresentou de forma mais acentuada é com referência ao aspecto
lustroso que durante a mistura da resina ao endocarpo do coco seco esse aspecto aumentou
sobremaneira, além de apresentar-se com a coloração totalmente escura.
O grande número de descontinuidade observada neste traço pode ter sido motivado
pela má acomodação do particulado no interior do aglomerado e da notória dureza (o
endocarpo é uma material extremamente duro) que este material apresenta.
Como a norma ABNT 14810 orienta que para a validade do ensaio são necessários dez
corpos-de-prova, este traço foi confeccionado com apenas seis, portanto este traço somente
foi ensaiado na flexão estática para a obtenção do MOE e do MOR a título de uma
investigação preliminar com vistas a trabalhos futuros. Assim, estes resultados não foram
apresentados neste trabalho.
4.3 – PLACA HÍBRIDA COM FIBRA DE VIDRO, CARGA DE
ENDOCARPO SECO E RESÍDUO DE MADEIRA (PHFV- MC)
Nas figuras 4.20 de (a) até (e) ilustram-se alguns resultados da fabricação da PHFV-
MC, onde se percebe a influência do processo de fabricação na placa fabricada.
Na figura 4.20(a) mostram-se as camadas separadas, através da utilização do véu de
fibras de vidro, de resina/fibras de vidro e resina/carga híbrida. O resultado é definido como
configuração tubular da placa.
Camada de resina e fibra de vidro
Camada de resina/carga
híbrida
Figura 4.20(a) - acabamento da PHFV-MC
99
Figura 4.20(b) - PHFV –MC após corte dos corpos-de-prova
Na figura 4.20(c) mostra-se a presença de bolhas na superfície da PHFV-MC,
ressaltando-se que as bolhas surgiram em pontos específicos não comprometendo mesma.
Figura 4.20(c) - Acabamento da PHFV-MC (eventual presença de bolhas)
Na figura 4.20(d), ilustra-se a diferença na espessura em regiões distintas da PHFV-
MC fabricada. A região de menor espessura não foi usada para a seleção dos corpos-de-prova
a serem ensaiados. Essa variação na espessura ilustra-se a influência do processo de
fabricação na placa final produzida pelo método de laminação manual.
100
Figura 4.20(d) - Diferenças de espessuras obtidas na PHFV-MC
Na figura 4.20 (e), mostra-se a distribuição da carga híbrida e a presença de resina no
acabamento final da PHFV-MC.
Figura 4.20(e) - Detalhe do Acabamento e distribuição dos resíduos
4.3.1. – ENSAIO DE ABSORÇÃO DE UMIDADE NA PHFV - MC
A seguir será analisado o ensaio de absorção de umidade realizado na placa híbrida. O
tempo total para a saturação de umidade foi de 392 dias com um percentual máximo de 2,83%
de absorção. Esse comportamento tem a mesma curva característica dos compósitos
laminados poliméricos, sejam os mesmos híbridos ou não, relatado por Aquino et al. (2007),
quando submetidos ao mesmo processo de absorção de umidade. Neste sentido, pode-se
afirmar que a carga híbrida idealizada tem um comportamento semelhante quando comparada
101
às misturas híbridas (fibras sintéticas e naturais) ou especificamente aos plásticos reforçados
unicamente a base de fibras de vidro (BARROS, 2006).
Na tabela 4.5 mostra-se a característica dimensional dos corpos-de-prova e na figura
4.21 apresenta-se a curva de absorção de umidade obtida para a placa PHFV-MC.
Tabela 4.5 – Característica dimensional dos corpos-de-prova da PHFV-MC
ENSAIO
L (mm)
26,67
Absorção
DP
0,336
DIMENSÕES
C (mm)
DP
74,63
1,335
E(mm)
8,08
DP
0,253
QUANTIDADE
05
3.5
EN SA IO D E A B SO R Ç Ã O
PL A C A H ÍBR ID A
3.0
ABSORÇÃO (%)
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
100
200
300
400
D IA S
Figura 4.21 – Diagrama de absorção de umidade até o estado de saturação.
A curva de absorção da PHFV-MC revela que esta apresenta característica de um
comportamento inicial linear, seguindo de um declínio contínuo da taxa de absorção, indicado
pela inclinação da curva, conduzindo a estabilidade na saturação.
É interessante observar que na configuração proposta o véu teve importância para
reduzir a quantidade de umidade com acesso à carga híbrida composta de dois materiais
lignocelulósicos, no caso o endocarpo seco e o resíduo de derivados de madeira. Além do véu,
a resina juntamente com a fibra de vidro ajuda nesse processo, pois a absorção se inicia nas
interfaces e só depois alcança a carga híbrida (SREEKALA et al., 2002).
Nesse sentido a água destilada absorvida no ensaio de absorção passa, primeiramente,
pela barreira polimérica (manta, Fibra de vidro e véu) para depois chegar a carga híbrida, esta
influência foi estudada por Barros (2006) que observou a influência da configuração na
102
absorção de umidade entre laminados simples de fibra de vidro e o mesmo laminado com
fibras de curauá.
Outro aspecto a ser considerado é que nos compósitos de fibra de vidro a saturação é
alcançada em 2 a 3 meses. Dessa forma Aquino et al. (2007), observam que o alto teor de
absorção observada nos compósitos híbridos com carga de material lignocelulósico é devido,
principalmente, a essa carga que absorvem a umidade por efeito de capilaridade.
Acrescenta, ainda Aquino et al. (2007), que esse comportamento é responsável pelo
longo período para a saturação nos ensaios de absorção de umidade em alguns compósitos
híbridos devido a estrutura da parede celular das fibras vegetais.
Aquino et al. (2007), Gindl (2001) e Tita et al. (2002) destacam a influência da
hemicelulose como principal componente da parede celular das fibras vegetais pela absorção
da umidade dos materiais lignocelulósicos.
Bledzi e Gasson (1999) colocam que o tamanho das fibras pode influenciar não apenas
na área da superfície específica, mas também, no comportamento do compósito híbrido, uma
vez que a absorção de umidade aumenta com o aumento da quantidade da carga
lignocelulósica no compósito aumentando o inchamento das fibras. Além disso, ele destaca a
preferência de fibras pequenas e curtas em relação às longas para carga nos compósitos
híbridos, uma vez que aquelas apresentam uma melhor distribuição e homogeneidade e
conseqüentemente a compatibilidade entre a fibra e a matriz é melhor.
Outro aspecto merecedor de destaque no que se refere à absorção de umidade nos
compósitos à base de material lignocelulósico é a natureza hidrofílica desses materiais em
contato com a umidade estudada por Bledzki e Gasson (1999).
Bledzki e Gasson (1999) esclarecem, ainda, que o aumento da absorção nos
lignocelulósicos se deve a quebra das ligações dos grupos hydroxyl (-OH) quando em contato
com a umidade, e estabelecendo com o hidrogênio novas ligações com a molécula de água
induzindo ao inchamento (SREEKALA, et al., 2002).
Esses comportamentos da celulose, hemicelulose e da lignina são em função de
construírem grandes quantidades de ligações de hidrogênio entre as macromoléculas na
madeira. Esse inchamento exerce grandes pressões nos compósitos de materiais
lignocelulósicos, produzindo o intumescimento da parede celular segundo Tita et al. (2002),
sendo esta a principal restrição ao uso desses materiais.
Conforme Klock (2005) a parede celular é de grande importância nesse processo,
sendo a hemicelulose o componente que absorve umidade na célula, informação também
constatada por Gindl (2001) o qual contribui com a observação de que a hemicelulose
103
contribui com pelo menos 47%, a celulose com até 37% e a lignina com até 16% na
contribuição de absorção (ou adsorção) de água na parede.
Gindl (2001) destaca ainda, a importância da lignina na proteção da hemicelulose,
como também da celulose, apesar desta ser insolúvel em água e ter extrema afinidade com a
água, Klock (2005), que enfraquecem a resistência da parede celular, conseqüentemente,
influenciando as propriedades de resistência dos materiais lignocelulósicos.
É interessante observar que possivelmente a valor do teor de umidade alcançado pela
configuração proposta nesta pesquisa foi obtido por três fatores. O primeiro associado à
configuração da placa híbrida, o segundo associado à presença da lignina e fibra no endocarpo
e o terceiro fator pela quantidade de madeira usada que foi dividida com o endocarpo na
composição da carga para a confecção da placa híbrida (ROZMAN et al. 2000).
Além disso, Bledzki et al. (1996) apud Silva (1999) informa que o teor de
hemicelulose das fibras de coco é de 0,3%, Santos (2006) apresenta uma faixa de 0,15 a
0,25%, isso significa dizer que, de acordo com os dados de Bledzki et al. (1996), o processo
de absorção de água nas fibras de coco é menor do que algumas fibras, como por exemplo, o
sisal, a juta entre outras e, que se dá mais pelo fenômeno de capilaridade do que através das
paredes da célula vegetal.
Diante do exposto, se explica porque a placa híbrida fabricada com a carga de
endocarpo seco e resíduo de derivados de madeira contribui significativamente para o baixo
valor encontrado da absorção.
Além do mais, pode-se dizer que o fenômeno da capilaridade é bem menos importante
haja vista o endocarpo ter sido usado na forma de partículas reduzindo esse fenômeno a
pedaços menores de fibra, concordando com o argumento de Bledzki e Gasson (1999) e
Bledzki e Faruk (2003), quanto ao tamanho das fibras nos compósitos híbridos.
Assim possivelmente o maior responsável pela absorção de água destilada na placa
produzida, seja a contribuição dos resíduos de derivados de madeira e que a configuração da
placa e o endocarpo sejam os responsáveis pelo controle dessa absorção no compósito.
4.3.2 – ENSAIO DE TRAÇÃO UNIAXIAL NOS ESTADOS SECO E ÚMIDO
SATURADO NA PHFV-MC
A partir deste item será feito a apresentação dos dados obtidos nos ensaios mecânicos
de tração uniaxial tanto no estado seco quanto no estado úmido saturado para a placa híbrida
104
reforçada com fibra de vidro e carga de endocarpo seco e resíduos derivados de madeira e
móveis (PHFV-MC).
Uma análise comparativa será realizada com a finalidade de se estabelecer os efeitos
gerados pela influência da umidade nas propriedades mecânicas da placa híbrida, já que é de
grande interesse uma vez que a referida placa possui uma configuração alternativa para tubos
de plástico reforçado. Além disso, será feito uma breve análise da natureza da fratura gerada
nos ensaios bem como a forma de propagação da mesma.
Os diagramas σ x ε para os estados seco e úmido saturado estão representados pelas
figuras 4.22 (a) e (b). Pela análise dos resultados observa-se que os efeitos gerados pela
presença de carga híbrida na PHFV-MC não alterou o comportamento linear entre a tensão e
a deformação até a fratura, característica esta, comum à maioria dos plásticos reforçados com
fibras de vidro. Esse comportamento se verifica para as duas condições de ensaio.
Uma explicação para esse comportamento se deve ao fato de que como a carga híbrida
não tem a finalidade de suporte de carga aplicada, que é de responsabilidade do reforço, a
mesma, pode sim, influenciar na rigidez através do controle da espessura.
250
TENSÃO (MPa)
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
DEFORMAÇÃO (%)
Figura 4.22(a) - Diagrama σ x ε para a PHFV – MC no estado seco
105
250
ENSAIO DE TRAÇÃO UNIAXIAL
ÚMIDO SATURADO
TENSÃO (MPa)
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
DEFORMAÇÃO (%)
Figura 4.22(b) - Diagrama σ x ε para a PHFV – MC no estado úmido saturado
Na tabela 4.6(a) e 4.6(b) mostram-se as propriedades mecânicas determinadas nos
ensaios, bem como, suas respectivas dispersões.
Em observância aos resultados constantes na tabela 4.6(a) e (b) verifica-se que a
influência da absorção de umidade nas propriedades mecânicas da PHFV – MC torna-se
praticamente desprezível, já que a variação entre as mesmas encontra-se dentro das dispersões
obtidas nos ensaios. Esse resultado se deve em grande parte ao pequeno percentual de
absorção de umidade obtido pela PHFV – MC, ou seja, não houve degradação dos resíduos,
devido à baixa absorção de umidade da placa e dessa forma não houve o enfraquecimento dos
lignoceluloses na matriz polimérica e nem arrancamento de fibras nessa condição de ensaio.
O resíduo de derivados de madeiras e móveis (resíduos MM) poderia ter influenciado
nos ensaios de tração uniaxial em condição de saturação de umidade, porém os dados obtidos
revelam que o efeito da umidade foi reduzido também para esse tipo de resíduo.
Tabela 4.6(a) – Comparativo entre os estados seco e úmido nos ensaios de tração uniaxial
Parâmetros*
Tensão de Ruptura (MPa)
Módulo de Elasticidade (GPa)
Alongamento na carga de início de
dano (%)
Alongamento na Ruptura (%)
* em valores médios
Estado seco
156,50
2,45
Estado úmido
148,63
2,22
Variação (%)
- 5,03
- 9,3
3,46
3,51
+ 1,45
6,91
7,01
+ 1,45
106
Tabela 4.6(b) – Comparativo entre os estados seco e úmido saturado na tração uniaxial em
função da dispersão dos parâmetros
ESTADO SECO
PARÂMETROS
ESTADO ÚMIDO
*
MÁX
MÍN
DA (%)
MÁX
MÍN
DA*(%)
Tensão de Ruptura (MPa)
182,69
160,74
8,2
162,56
149,65
7,94
Módulo de Elasticidade (GPa)
2,58
2,32
10,01
2,38
2,09
12,18
Deformação na Ruptura (%)
7,15
6,45
9,8
7,13
6,28
11,92
* DA – Diferença absoluta
O ensaio uniaxial de tração foi aplicado aos corpos-de-prova na direção longitudinal
(paralelamente) às fibras contínuas de vidro. Isso é um fator para que a ação da carga aplicada
atue no reforço de forma a aproveitar ao máximo a sua capacidade de suporte da carga
SANTOS (2006).
Não se pode esquecer, também, a importância da qualidade das interfaces, seja entre o
reforço e a matriz, seja às do laminado (entre camadas) na transmissão da carga nessas
interfaces. Quando existem imperfeições nessas interfaces podem ser gerados pontos de
concentração de tensão e, conseqüentemente, a fratura do material.
No entanto, quando o compósito híbrido é composto por fibras lignocelulósicas, pode
ocorrer o fenômeno de “arrancamento de fibras”, Brahmakumar et al. (2005) e Monteiro
(2006), gerando falhas prematuras nos compósitos híbridos.
Para a PHFV-MC, o fenômeno de arrancamento passa a não ser determinante e
limitante no compósito haja vista que o endocarpo se apresenta na forma de particulado e os
resíduos derivados de madeira e móveis são fibras de pequeno tamanho e se encontram
dispersos e juntos com os endocarpos.
Disso resulta um aspecto fundamental para o comportamento mecânico da PHFV-MC
que é a adesão das partículas com a matriz polimérica. Nesse sentido os resultados observados
nos ensaios de tração uniaxial para o estado seco indicam a existência de boa adesão entre a
carga, a matriz polimérica e a fibra de vidro, já que nos compósitos híbridos á base de fibras
lignocelulósicas essa adesão é comprometida. Tanto no que diz respeito ao módulo de
elasticidade quanto à tensão máxima.
Santos (2006) acrescenta que a interação entre os componentes na região interfacial
depende na prática de dois fatores. O grau de contato (molhabilidade) das superfícies na
interface e das forças coesivas (adesividade) nesta região. Informa ainda, que estes fatores são
independentes, pois, se não houver suficiente área de contato entre os componentes será difícil
assegurar boa adesão entre as fases. A molhabilidade de uma superfície pela outra depende
por sua vez da energia superficial destes e da área de contato.
107
Diante do exposto, a carga híbrida usada apresenta pela sua característica e tamanho
uma boa adesão e área superficial mais homogênea, o que levaram aos resultados
apresentados nas tabelas 4.6(a) e 4.6(b) que apresentaram bons resultados quando comparados
com alguns híbridos lignocelulósico (MOTHÉ, 2004) e (SINGH, 1995).
Mas, apesar da carga híbrida não ter a responsabilidade de reforço junto ao compósito
híbrido, Paiva (1999) e Satynarayana et al. (1986), estudando o efeito da carga de impacto em
compósitos de matriz termofixa fenólica com fibras vegetais constataram que as fibras
presentes nos compósitos não agem apenas como carga, mas também como reforço, porém
em cargas de tração a carga híbrida atende o exposto no início deste parágrafo.
Sobre o aspecto da adesão é importante observar que o endocarpo pode sofrer o efeito
do processo de curado do compósito tendo em vista o nível de temperatura no interior da
placa durante a cura (Paiva, 1999). Esta pode alcançar a temperatura de transição vítrea da
lignina conforme Klock (2005) e Gindl (2001), e com isso amolecer e aderir mais
efetivamente à matriz polimérica favorecendo a adesão, (KHEDARI et al., 2004).
O resíduo de derivados de madeira e móveis pode ter sido um fator limitante, no
entanto, a natureza deste resíduo utilizado por ter sido de vários tipos de madeira e de
materiais já modificado como os de móveis já impregnados ou que sofreram algum tipo de
modificação em sua superfície e com isso ter auxiliado na adesão desta carga à matriz
polimérica.
Outro fator que pode influenciar no resultado dos ensaios de tração uniaxial é a
configuração geométrica da carga híbrida utilizada para fabricar a PHFV-MC. Nesse sentido,
duas considerações podem ser feitas. A primeira refere-se ao aspecto geométrico do
endocarpo que apresenta a forma arredondada e chata (ver figura 4.11), a segunda, refere-se
ao formato do resíduo de madeiras e móveis, que se apresenta como fibras curtas e pequenas
(ver figura 3.5).
Quanto a isso dois aspectos devem ser levados em consideração. O primeiro é que o
formato do endocarpo pode minimizar os efeitos de concentração de tensão sobre ele e o
segundo é que a fibra pode sofrer o efeito do arrancamento, limitando a ação do compósito.
Porém, como esse efeito não foi observado nos corpos-de-prova ensaiados, tanto no
estado seco quanto no estado úmido, pode-se sugerir que a adesão deste à matriz foi
satisfatória como exposto anteriormente, além do processo de homogeneização dos resíduos,
durante a etapa de preparação da matéria-prima.
Esses aspectos foram estudados por Backman e Lindberg (2002) que destacaram a
homogeneidade dos lignocelulósicos bem como, o tamanho das partículas usadas como fator
108
que amenizam o arrancamento de fibras no compósito. Aspectos reforçados por Amanda et al
(1997).
Dessa forma as fibras ficaram dispersas e juntas ao endocarpo de forma mais
homogênea, garantindo assim, a minimização dos efeitos de arrancamento de fibras,
característica comum em compósito com carga híbrida lignocelulósica e reforçado com fibra
de vidro.
Como já exposto anteriormente a cerca dos bons resultados apresentados na tabela 6.5
sugerindo uma boa adesão entre a carga híbrida e a matriz polimérica, a se destacar as
excelentes qualidades da fibra de vidro bem como sua adesão à matriz que exercem a função
de reforço no compósito (SINGH, 1995).
Outro aspecto, de relevância, é a relação dos componentes poliméricos naturais da
carga híbrida, ou seja, a celulose, a hemicelulose e a lignina. Principalmente as duas primeiras
que atuam efetivamente nas propriedades mecânicas das paredes celular dos lignocelulósicos,
que por efeito direto influenciam no desempenho desses materiais nos compósitos híbridos
(BLEDZKI e GASSAN, 1999).
Porém, os resultados apresentados no ensaio de tração uniaxial no estado úmido
saturado, apontam que não houve alterações nesses componentes ante a presença da água
destilada e, se houve, não foi relevante ao ponto de modificar as respostas da PHFV-MC no
ensaio de tração uniaxial.
A presença de vazios, estudados por Yang et al. (2006) e Aquino e Neto (2004) é um
dos limitantes para o desempenho dos compósitos híbridos com lignoceluloses como carga.
Essa influência tanto ocorre no ensaio de tração no estado seco quanto no estado úmido. As
alterações entre um e outro é devido ao processo de fabricação, mas os vazios surgem quando
na cura do compósito.
A umidade absorvida, seja pela celulose, seja pela hemicelulose ou pela lignina e mais
os produtos voláteis, observados nos ensaios termogravimétricos, dão registro que a umidade
é liberada gerando vazios na matriz polimérica. Esses vazios serão preenchidos pela água
destilada durante os ensaios de tração na condição úmida e saturada.
Diante disso, destaca-se a hemicelulose que absorve a maior quantidade de umidade
nos materiais lignocelulósico. Porém, no caso da PHFV-MC os dados obtidos nos ensaios
não apresentaram alterações relevantes quando comparados entre si, como já exposto
anteriormente.
Outro aspecto com relação à produção de vazios nos compósitos poliméricos que
influencia no desempenho de uma carga lignocelulósica é a tendência da mesma se aglomerar
109
em uma única região e parece lógico que isso poderia gerar maiores regiões de vazios na
matriz polimérica, porém isso não foi observado na PHFV-MC fabricada.
Os tamanhos das fibras dos resíduos híbridos também auxiliaram para reduzir a
quantidade de água destilada absorvida pela placa híbrida, uma vez que, segundo Bledzki et
al. (2005), existem três regiões aonde a água pode ser absorvida no compósito. No lúmen,
pela parede celular e entre os vazios gerados pela interface fibra/matriz. Sendo assim a
quantidade de fibras pequenas do resíduo usados na PHFV-MC seria compartilhado com a
presença do endocarpo seco e com isso minimizaria os efeitos sobre a tração uniaxial,
sobretudo no estado úmido saturado.
Pelos resultados apresentados o módulo de elasticidade foi o mais afetado pela
presença de umidade, mas isso não afetou o desempenho da PHFV-MC, como também a
tensão máxima. Porém a diferença entre a deformação no estado seco e no estado úmido
saturado apresentou uma diferença muito pequena (2,94%), indicativo da natureza frágil da
matriz polimérica e que foi limitante nessas circunstâncias.
Para os valores apresentados tanto no estado seco quanto no estado úmido saturado as
propriedades identificadas se mostraram acima de valores para alguns compósitos híbridos à
base de fibras ou de outros particulados. Principalmente por três fatores a favor da PHFV-
MC. Primeiramente, não houve nenhuma espécie de efeito de arrancamento de fibras nos
resíduos de derivados de móveis identificado nos ensaios.
Segundo fator se refere à boa adesão entre a carga híbrida que possibilitou a
transferência do carregamento para as fibras de vidro e o baixo valor do teor de absorção de
umidade, proveniente da “barreira polimérica” e, finalmente, a presença do alto teor da
lignina no endocarpo (CORREA et al., 2003) e (CAVALCANTI et al., 2005).
Com relação à característica da fratura desenvolvida no ensaio de tração uniaxial, o
primeiro aspecto a ser ressaltado é que a matriz passa a ter efeito limitante no compósito
híbrido. Esse fato é comprovado pelo surgimento na matriz, de linhas esbranquiçadas,
paralelas entre si e transversais ao carregamento axial aplicado nos ensaios, tanto no estado
seco quanto no úmido e definidas como o estado de microfissuração na matriz. Essa
microfissuração encontra-se presente nos corpos-de-prova tanto para o estado seco quanto
úmido saturado.
Essa microfissuração, nos plásticos reforçados em geral, é o primeiro tipo de dano a
ser originado para esse tipo de carregamento. A intensidade da carga responsável pelo inicio
da microfissuração na matriz, definida como “carga de inicio do dano”, geralmente
corresponde à metade da carga de fratura (tensão de ruptura) e costuma influenciar de forma
110
direta no comportamento mecânico do material, ou seja, na resistência e módulo de
elasticidade. Nos casos dos laminados compostos essas microfissuras dão origem, com a
continuidade do ensaio, ao fenômeno da delaminação (desaderência entre as camadas do
laminado), levando o mesmo à etapa de final da fratura.
Essas linhas são semelhantes às linhas de Lüders que ocorrem em ensaios, indicando o
surgimento da fratura por cisalhamento (45º com a direção da carga aplicada no ensaio) nos
metais. Na figura 4.23 ilustra-se o surgimento dessas linhas, ou seja, das microfissuras na
matriz.
Direção do carregamento
Linhas
Linhas
Figura 4.23 – Microfissuração na matriz antes da fratura final da PHFV-MC
Dando continuidade à análise da característica da fratura gerada nos ensaios uniaxial
de tração da PHFV-MC, tanto no estado seco quanto no úmido saturado, nas figuras 4.24 (a)
até (d) mostram-se a fratura para o estado seco e nas figuras 4.25 (a) até (d) ilustram-se as
características da fratura no estado úmido saturado.
Para os ensaios de tração em estado úmido observou-se que alguns corpos-de-prova
romperam próximos às garras. Além disso, a fratura se mostrou na aparência mais danosa do
que no estado seco.
As microfissuras na matriz surgiram durante o ensaio de tração uniaxial tanto para o
estado seco quanto úmido saturado, porém foi observado que nos corpos-de-prova ensaiados
no estado úmido saturado, a microfissuração na matriz foi menos pronunciada.
Uma observação importante com relação a analise da fratura é que a mesma
apresentou uma seqüência do processo de fratura bem definido, fato esse que facilita todo e
qualquer processo de manutenção da estrutura tubular que venha a utilizar esse tipo de
configuração idealizada.
Assim, no início surgiu a fissuração das mantas nas camadas externas, depois a nível
intermediário a delaminação das camadas externas (manta/fibra contínua) e no final a
delaminação da camada central (fibras contínuas e fratura final).
111
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 4.24 - Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado seco
(a)
(b)
Figura 4.25 – Fratura na PHFV-MC - Tração uniaxial em estado úmido saturado
112
(c)
(d)
Figura 4.25(continuação) – Tração uniaxial em estado úmido saturado
Outro aspecto observado no comportamento da fratura deste compósito é o nível de
deformação observada até a ruptura do material ensaiado, tanto para o estado seco quanto no
estado úmido saturado.
Porém, sabe-se que a carga de início de dano é aproximadamente a metade da carga de
ruptura, assim, a deformação da PHFV-MC estaria em torno de 3% a 3,5% para o estado seco
e para o estado úmido em torno de 3,5% a 4%.
Diante disso, fica evidente que os danos nos corpos-de-prova iniciaram bem antes da
ruptura do material e que a deformação observada nas figuras 4.22(a) e 4.22(b) indicam o
comportamento da PHFV-MC desde o início do ensaio, passando pela carga de início de
dano até a fase final da ruptura, indicada na conclusão do ensaio. Assim, o final dessa ruptura
indica que os corpos-de-prova, apesar do dano inicial, continuaram a se deformar até a
ruptura.
Outrossim, as deformações geradas na PHFV-MC, tanto no estado seco quanto no
úmido saturado, estão abaixo da faixa das deformações da resina pura, em torno de 4% a 5%.
A seguir, nas figuras 4.26 (a) até (d), ilustram-se a análise micrográfica da fratura dos
corpos-de-prova ensaiados na tração uniaxial em estado seco.
113
Fratura na
fibra de
vidro
Fratura na
Matriz
Figura 4.26(a) - Ruptura de fibras de vidro contínuas na interface com o véu.
(Ampliação 400 X)
Microfissura
Fibra de vidro
Delaminação
Figura 4.26(b) – Delaminação entre a camada de fibras e o véu e microfissuras no véu.
(Ampliação 400 X)
114
Endocarpo
Fratura adesiva na
interface
matrix/endocarpo
Resíduo MM
Figura 4.26(c) – Região de microfissuras na camada de resíduo híbridos
(Ampliação 50 X)
Endocarpo
Fratura adesiva
Figura 4.26(d) – Fratura adesiva na interface entre carga híbrida e a matriz.
(Ampliação 400 X)
Diante do exposto, no que tange a fratura da PHFV-MC, no estado seco, pode-se
considerar que o início da fratura começou com a fissuração nas camadas externas, depois
surge a delaminação das camadas externas (manta/fibra contínua) e finalmente a delaminação
da camada central (fibras contínuas e fratura final). Observou-se que a formação e propagação
da fratura seguem sempre o mesmo processo para todos os corpos-de-provas ensaiados e, de
certa forma, esse mecanismo de fratura bem definido facilita o processo de manutenção de
qualquer estrutura.
115
Quanto ao comportamento da fratura para o ensaio de tração uniaxial em estado úmido
saturado, apesar desta se apresentar com aspecto mais danoso em relação ao estado seco, o
mesmo seguiu o mesmo procedimento ocorrido para o estado seco, ou seja, o início com a
fissuração nas camadas externas, entre a manta e os fios contínuos de fibra de vidro. Em
seguida observou-se o desenvolvimento da delaminação nessas camadas e na camada central
para depois romper.
O desenho esquemático representado pela figura 4.27 abaixo, mostram as regiões em
que a fratura ocorreu nos ensaios de tração uniaxial na PHFV-MC, seja no estado seco ou
úmido saturado.
Manta de FV
Início das
microfissuras
Delaminações
Matriz Polimérica
Véu de FV
Fibra de vidro
Rompimento
Carga híbrida
Delaminações
Início das
microfissuras
Figura 4.27 – Desenho esquemático da característica da fratura na PHFV-MC
116
4.3.3 – ENSAIO DE FLEXÃO EM TRÊS PONTOS NOS ESTADOS SECO
E ÚMIDO NA PHFV-MC
A partir deste item será feito a apresentação dos dados obtidos nos ensaios de flexão
em três pontos, tanto no estado seco quanto no estado úmido saturado, para a placa híbrida
reforçada com fibra de vidro e carga de endocarpo seco e resíduos derivados de madeira e
móveis (PHFV-MC).
Uma análise comparativa será realizada com a finalidade de se estabelecer os efeitos
gerados pela influencia da umidade na reposta mecânica da placa frente ao carregamento.
Além disso, será feito uma breve análise da natureza da fratura gerada nos ensaios bem como
a forma de propagação da mesma.
Os diagramas tensão x deflexão encontram-se representados nas figuras 4.28 (a) e (b)
para os estados seco e úmido saturado, respectivamente. Observa-se pelos gráficos que a
tensão de flexão no estado seco apresentou menor dispersão com relação aos valores obtidos
nos ensaios, além de apresentar superioridade nos valores tanto da tensão quanto da deflexão
quando comparado aos resultados obtidos no estado úmido saturado. Resultado reforçado pela
tabela 4.7, representativa dos ensaios em valores médios e na tabela 4.8 mostra-se o resultado
em função da dispersão absoluta.
ENSAIO DE FLEXÃO EM 03 PONTOS
DIAGRAMA TENSÃO x DEFLEXÃO
ESTADO SECO
400
TENSÃO DE FLEXÃO(MPa)
350
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
DEFLEXÃO(%)
Figura 4.28(a) – Diagrama comparativo flexão no estado seco
117
ENSAIO DE FLEXÃO EM 03 PONTOS
DIAGRAMA TENSÃO x DEFLEXÃO
ESTADO ÚMIDO SATURADO
300
TENSÃO DE FLEXÃO(MPa)
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
DEFLEXÃO(%)
Figura 4.28(b) – Diagrama comparativo flexão no estado úmido
Tabela 4.7 – Comparativo entre os estados seco e úmido saturado na flexão em três pontos em
função dos valores médios
PARÂMETROS*
Tensão de Ruptura (MPa)
Módulo de Elasticidade (GPa)
Deflexão (%)
(*) em valores médios
ESTADO SECO
292,39
11,01
7,42
ESTADO ÚMIDO
242,56
10,75
5,99
VARIAÇÃO (%)
- 17,04
- 2,36
- 19,27
Tabela 4.8 – Comparativo entre os estados seco e úmido saturado na flexão em três pontos em
função da dispersão dos parâmetros
ESTADO SECO
PARÂMETROS
ESTADO ÚMIDO
MÁX
MÍN
DA*(%)
MÁX
MÍN
DA*(%)
Tensão de Ruptura (MPa)
321,71
276,63
14,01
265,55
219,54
17,33
Módulo de Elasticidade (GPa)
11,18
10,74
3,93
11,62
10,44
10,15
Deflexão(%)
8,1
6,92
14,56
6,47
5,59
13,60
* DA – Diferença absoluta
Assim, na tabela 4.7 mostra-se que a placa PHFV-MC quando em condições úmidas
reduz de 17,04% a sua resistência à flexão, reduz o alongamento na flexão de 19,27%,
enquanto que o módulo sofre pequena redução de apenas 2,36%, isso em relação ao estado
seco tomando a média como parâmetro para a análise.
118
No entanto, quando se analisa os dados através da tabela 4.8 verifica-se que a
dispersão para o módulo de elasticidade é maior no estado úmido do que no seco e para os
demais parâmetros mantém-se praticamente no mesmo patamar.
Dessa forma a tabela 4.8 é um indicativo do efeito da presença da absorção da água na
chapa ensaiada, apontando que os efeitos são mais proeminentes para o módulo de
elasticidade do que para os demais, ou seja, a tensão de ruptura e o alongamento.
Destaca-se a influência que os pontos extremos acarretam para a média e isso pode ter
influenciado no sentido de aproximar a variação observada entre os módulos na condição seca
e úmida apresentada na tabela 4.7 que se refere às médias calculadas para os referidos
parâmetros apresentados na primeira coluna. Adiciona-se a isso o fato de que os dados
referentes à condição úmida se apresentaram mais dispersos em relação ao estado seco
indicados pelos valores de 10,15% para o estado úmido e 2,36% para o seco.
Assim, a dispersão dos dados na condição úmida para o módulo, indicado na tabela
4.8, deve ter influenciado a média para este parâmetro, apresentada pela tabela 4.7, e
proporcionado a sua aproximação da média em relação à condição seca. Esta apresentou uma
menor dispersão, caracterizando uma melhor homogeneidade dos dados com a média
calculada, provavelmente, mais representativa para a chapa PHFV-MC do que a chapa para a
condição úmida.
No caso da resistência à flexão e da deflexão a variação observada, mesmo para
valores baixos de absorção de umidade verificados nos ensaios, se deve, provavelmente, a
influência da natureza do momento fletor atuante nas seções internas da placa sob os materiais
lignocelulósicos.
O momento fletor produz tensões normais de tração e compressão na composição do
binário atuante. Assim, para o carregamento aplicado nos ensaios da PHFV-MC, tanto acima
quanto abaixo da linha neutra tem-se a presença dessas tensões na carga híbrida, caracterizada
pelas camadas internas no material.
Ao exposto acima reforça o fato de que tanto a lignina quanto a hemicelulose resiste
bem aos esforços transversais, Bergander e Salmén (2002), dessa forma, as paredes celulares
sofrem menos alterações em sua estrutura por esses esforços. Nisso as regiões ricas de
endocarpo resistiriam bem à compressão devido à alta quantidade de lignina nessa região
(ROZMAN et. al, 2000).
A região de tração seria influenciada pela celulose, dessa forma, região com alta
quantidade de resíduo de derivados de madeira e móveis resistiria melhor aos esforços de
tração. Assim o balanço entre as misturas na região, seja na camada de tração ou compressão,
119
determinaria o comportamento da PHFV-MC frente a ação do carregamento transversais
gerado no ensaio de flexão (RAO e RAO, 2005) e (CARVALHO e CAVALCANTI, 2006)
Um fator que pode alterar significativamente este comportamento é a presença de água
no interior das camadas da placa, assuntos estudados por Aquino et al.(2007), por Alvarez e
Vazquez (2003) e Neto et al. (2004). Porém os resultados nos ensaios de absorção de umidade
na placa híbrida, sob a ação de água destilada, apontaram para um baixo teor de absorção,
colaborando para o desempenho da placa híbrida, principalmente para o módulo de
elasticidade na flexão.
Na figura 4.29 ilustra-se a ação dos esforços sobre a PHFV-MC. Inclusive para os
valores obtidos nos ensaios em comparação com o desempenho de alguns outros materiais
lignocelulósicos reforçados com fibras de vidro e matrizes poliméricas
CARGA
APLICADA
CAMADA
COMPRESSIVA
CAMADA
TRATIVA
Figura 4.29 – A ação do momento fletor agindo sobre a PHFV-MC produzindo os efeitos de
tração e compressão
Nas figuras 4.30(a) e (b) ilustram-se um corpo de prova fraturado no estado úmido
enquanto que na figura 4.31(a) e (b), os corpos-de-prova fraturados no estado seco. Nas
mesmas observam-se a região trativa fraturada em ambos os casos.
Todos os corpos-de-prova, tanto no estado úmido quanto no estado seco romperam por
cargas de tração na referida camada indicando que esta é limitante do carregamento,
caracterizando-se assim, a fratura por flexão na paca.
120
A camada compressiva não sofreu dano algum, provavelmente devido ao endocarpo
(lignina) que pela sua micrografia resiste mais a esforços compressivos. Porém, na condição
úmida, alguns corpos-de-prova apresentaram esmagamento superficial na sua superfície
externa da PHFV-MC, ilustrado na figura 4.32. No geral, para os corpos-de-prova ensaiados,
tanto na condição seca quanto na úmida não houve qualquer dano na linha neutra.
Compressão
Tração
Camada fraturada
por tração
Figura 4.30(a) – Camada trativa fraturada (flexão em estado úmido)
Fissuras na camada
de tração
Camada fraturada
por tração
Presença da
delaminação
Figura 4.30(b) – Detalhe da camada trativa fraturada (flexão em estado úmido)
121
Figura 4.31(a) – Corpos-de-prova fraturados na região de tração
(flexão em estado seco)
Presença da
delaminação
Distribuição
dos resíduos
Camada fraturada
por tração
Figura 4.31 (b) – Detalhe do corpo de prova fraturado na região de tração
(flexão em estado seco)
Esmagamento
na camada
externa
Fratura na
região de
tração
Fissura na
camada
central
Figura 4.32 – Esmagamento superficial do corpo de prova na flexão em estado úmido e
apresentação de alguns danos causados no ensaio
122
Outro aspecto a ser considerado é a relação nas interfaces do material lignocelulósico e
a matriz, sendo isto determinante no desempenho do material sob a ação de cargas de flexão.
Dessa forma, a presença do fenômeno de “arrancamento de fibras” indicaria uma deficiência
nessa interface. É o que acontece em materiais reforçados com fibras vegetais que não são
tratadas quimicamente em sua superfície para melhoramento da adesão fibra-matriz (YANE,
2006).
No entanto, a PHFV-MC, que não foi tratada quimicamente, apresentou uma boa
adesão fibra matriz pelos motivos já apresentados no tópico sobre o ensaio uniaxial de tração,
inclusive no ensaio de flexão não foi verificada a remoção de fibras ou material do endocarpo
na matriz.
Assim sendo, provavelmente, o bom desempenho do módulo de flexão foi devido à
adesão da carga híbrida com a matriz e não somente ao efeito de absorção já apresentado.
Outro controle possível de realizar para manter um alto módulo na flexão é com o
aumento da quantidade de fibras lignocelulósicas bem como o comprimento das fibras, uma
vez que aumentando a quantidade de material lignocelulósico favorece a rigidez do material,
pois o módulo na flexão aumenta com a quantidade de fibras (ALVAREZ e VÁSQUEZ,
2003).
Porém, em materiais lignocelulósicos usados na forma de particulados como cargas
em compósitos híbridos respondem melhor aos carregamentos, tanto na tração quanto na
flexão, inclusive sob a presença de umidade, mantendo melhores propriedades mecânicas dos
compósitos (VÖRÖS e PUKÁSNSZKY, 2002).
Dessa forma os resultados apresentados expressam o equilíbrio entre as propriedades
dos materiais utilizados, a configuração da PHFV-MC, as características geométricas dos
resíduos e o processo de homogeneização da mistura dos resíduos.
Quanto à análise microscópica da fratura, nas figuras 4.33 (a), (b), (c), (d) e (e)
mostram-se o comportamento do material quanto ao dano sofrido pelas cargas de momento
fletor em nível intralaminar.
Na figura 4.33(a) mostra-se a fissura se prolongando no contorno do endocarpo, sem a
presença de ruptura. Há presença de desaderência entre o endocarpo e a matriz caracterizando
a fratura adesiva.
123
Microfissura
na matriz
Desaderência na
interface endocarpo matriz
Figura 4.33(a) – Fratura adesiva interface matriz/endocarpo
(Ampliação 100 X)
Na figura 4.33(b) indica-se a fratura coesiva na matriz interna à camada de manta de
fibras de vidro, alem da formação da delaminação entre essa camada e a camada de fibras
contínuas. Observa-se que a microfissura propaga-se na matriz passando por uma região rica
em fibras de vidro e originando a delaminação entre as camadas.
Fratura coesiva
na matriz
Região de
delaminação
Figura 4.33(b) – Delaminação na interface fibra de vidro contínuo e manta além de uma
microfissura na matriz (Ampliação 400 X)
Essa região se localiza mais externamente, na camada de tração haja vista a não
existência de dano na região compressiva, isto é, acima da linha neutra.
Provavelmente o dano se inicia nas regiões mais externas da placa híbrida que são
camadas onde se localizam a interface fibra de vidro e manta se propagando na direção da
124
interface fibra de vidro/véu até atingir a região de carga híbrida representada na figura
4.33(b).
Na figura 4.33(c) ilustra-se a fratura em uma região rica em carga híbrida, indicada
pela presença do resíduo derivado de madeira e móveis.
Nela, é indicada a microfissura na matriz se propagando no resíduo além de outra
microfissura no resíduo sem que nessa haja a presença da continuidade da microfissura.
Também aqui não houve presença indicativa de arrancamento de resíduos, porém é uma
região rica em danos.
Fratura coesiva
na matriz
Fratura
coesiva no
resíduo
Fratura
coesiva no
resíduo
Figura 4.33 (c) – Microfissuras na camada da carga híbrida e na matriz
(Ampliação 400 X)
A região indicada na figura 4.33(d) mostra-se a presença dos resíduos híbridos
(madeira e endocarpo), região afastada da área de dano, provavelmente no meio do vão na
camada compressiva. Nessa figura, pode-se observar um indicativo do processo de
homogeneização da mistura dos resíduos híbridos.
Na figura 4.33(e) nota-se a delaminação seguindo-se a formação de uma visível
ruptura na matriz com a ruptura em um resíduo. Observa-se que há a fratura no resíduo, mas
não ocorre a desaderência na matriz.
125
Endocarpo
seco
Resíduo
derivado de
madeira e móveis
Figura 4.33(d) – carga híbrida endocarpo e resíduo de derivados de moveis e madeira. Sem
fratura nesta região (Ampliação 200 X)
Fratura coesiva
no resíduo
Fratura
coesiva na
matriz
Delaminação
véu/resíduo
madeira-móveis
Figura 4.33(e) – Fenda na camada do véu se transformando em delaminação ante as camadas
véu/carga híbrida (Ampliação 400 X)
Diante do exposto se verifica que as fraturas coesivas nos resíduos ocorreram apenas
nos derivados de moveis e madeiras na região de tração sem que houvesse descolamento
desses resíduos da matriz.
Disso se depreende que os efeitos de carregamento sob a ação de momento fletor
gerado nos ensaios de flexão estática são mais críticos na região de tração agindo mais
126
efetivamente sobre os resíduos fibrosos da madeira e moveis e sendo o endocarpo menos
sujeito a esse carregamento na zona de tração.
Isso se dá, possivelmente, pela maior força coesiva nas células do endocarpo para
mantê-las unidas e ricas em lignina e, como também, a possibilidade do alto teor de celulose
presente nos endocarpos, indicado por, uma vez que a celulose resiste melhor aos efeitos
longitudinais do que transversais, conforme já apresentado anteriormente. No entanto é
necessária uma investigação mais aprofundada para a confirmação ou não deste fato.
A seguir, é apresentada a tabela comparativa 4.9 entre a configuração polimérica da
PHFV-MC e uma configuração polimérica simulada pela TECNIPLÁS (PHFVS-A) a qual
mostra as propriedades mecânicas e físicas para as duas configurações.
As características da configuração diferem no tocante a carga utilizada que no caso da
PHFV-MC é um resíduo lignocelulósico e no caso da configuração simulada é à base de
areia, material utilizado pela TECNIPLAS na confecção de tubos reforçados.
Tabela 4.9 – Comparativo entre a PHFV-MC e a PHFVS-A
PHFV-MC
PARÂMETRO
PHFVS-A
SECO
ÚMIDO
8,89
---
8,0
Densidade Volumétrica (g/cm )
1,24
---
1,73
Gramatura da manta (g/m2)
450
450
450
Título do fio - roving (g/km)
1100
1100
1100
Resina
Poliéster
Poliéster
Poliéster
Módulo de elasticidade na tração (GPa)
2,45
2,22
12,46
Resistência última na tração (MPa)
156,50
148,63
161,97
Módulo de Elasticidade na flexão (GPa)
11,01
10,75
10,68
Resistência última na flexão (MPa)
292,39
242,56
132,26
Espessura (mm)
3
Através da tabela 4.9 é possível estabelecer um indicativo, ou uma tendência, do
comportamento da PHFV-MC frente às propriedades mecânicas, seja no estado seco e no
estado úmido em saturação, tomando como referência a placa simulada pela TECNIPLÁS.
Assim, observa-se que a espessura da PHFV-MC é 11% maior do que a espessura da
PHFVS-A, no entanto aquela se apresentou com a densidade aproximadamente 28% menor
que a PHFV-MC. Dessa forma, esta diferença poderá estabelecer uma referência positiva
para a configuração polimérica à base de resíduo lignocelulósico, uma vez que a relação
peso/resistência é um fator importante na escolha de um compósito estrutural.
127
Apesar do módulo de elasticidade à tração da placa simulada ser bastante superior a
placa fabricada com o resíduo lignocelulósico, esta apresentou uma resistência bastante
próxima da simulada, inclusive em condição de saturação de umidade, em torno de 3,4% e
8,23%, respectivamente.
É bastante razoável a compreensão que o módulo de elasticidade à tração, na condição
de simulação, não levou em consideração algumas influências geradas na fabricação do
compósito como, por exemplo, uma estimativa da quantidade de vazios, o alinhamento das
fibras no compósito, o nível da adesão na interface no tocante à transferência da carga. Assim,
é razoável, também, aceitar um indicativo do bom desempenho da PHFV-MC submetida a
cargas de tração uniaxial, seja na condição seca ou na úmida saturada.
Quanto às diferenças entre os módulos de elasticidades na tração constatou-se que o
valor do módulo da PHFVS-A é cinco vezes maior do que o módulo da PHFV-MC. Nessas
condições, ressalta-se que o ganho relacionado à placa polimérica simulada em relação à
placa PHFV-MC seja proveniente apenas da carga associada à placa simulada, além uma vez
que as configurações poliméricas juntamente com o reforço de fibra de vidro são as mesmas
para as duas situações. Porém, a carga usada não atua como reforço para a tração, mas age
para aumentar a rigidez do sistema polimérico, influenciando, portanto, na resistência à
flexão.
Sendo assim, para a análise do módulo de elasticidade à tração, usando como
referência a PHFVS-A para a PHFV-MC é necessária uma maior investigação, inclusive com
a fabricação de uma PHFVS-A para se ter maiores informações, em bases experimentais e
não apenas em bases simuladas. Analisar, também, os efeitos gerados pelas camadas centrais
dos fios de fibra de vidro na tração e a transferência de carga na interface desses compósitos.
Outra consideração com relação diferença verificada entre os módulos das duas placas
é a granulometria associada a areia e a espessura de cada lâmina da PHFVS-A, isto é, a
distribuição da configuração polimérica, pode refletir na distribuição de tensão de tração na
interface gerando um módulo bastante superior ao da PHFV-MC. Quanto ao nível indicado
pela placa simulada é necessário fabricar esta placa de maneira a se ter uma melhor condição
experimental de avaliação, conforme anteriormente antecipado.
Quanto ao comportamento à flexão, a placa PHFV-MC apresentou uma maior
resistência à flexão do que a placa simulada, em torno de 121%, com relação ao ensaio a seco
e 83% em relação ao ensaio na condição úmida saturada. Possivelmente, estes valores podem
ser reflexos da boa adesão gerada na PHFV-MC em função das diferenças dos tipos de cargas
128
usadas que no caso é uma lignocelulósica e na placa simulada, carga de areia, como também,
pela natureza da deformação até a ruptura final dos corpos-de-prova.
Assim, o desempenho da adesão não é avaliado na condição simulada que considera
apenas os componentes isoladamente. Semelhantemente ao comportamento trativo é
necessário à confecção de uma placa polimérica com carga de areia para que os resultados
experimentais possam apresentar um melhor meio comparativo dessa propriedade
Quanto ao módulo de elasticidade à flexão, ambas as cargas, lignocelulósica e a areia,
influenciaram no mesmo patamar o módulo de elasticidade à flexão, sendo 3,1% a diferença
entre os módulos. Destaca-se o bom desempenho da PHFV-MC sob a ação de umidade
saturada que foi ligeiramente maior do que o módulo à flexão da placa simulada.
Dessa forma, a carga híbrida lignocelulósica atua favoravelmente no compósito
híbrido reforçado com fibra de vidro, corroborando com a possibilidade do uso como carga
em tubulações, reservatórios, telhas e outras aplicações.
Outro aspecto a ser ressaltado é o nível dos valores obtidos na carga de ruptura na
flexão que pode ser reflexo, além do exposto acima do mecanismo de fratura gerado no ensaio
de flexão.
4.4 – ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA CHMC
Este item envolve a análise dos resultados dos ensaios físicos e mecânicos da chapa
homogênea de partícula aglomerada com resíduos de derivados de madeira e moveis (resíduos
MM) e o endocarpo do cocos nucífera linn com adesivo à base de mamona também chamado,
neste trabalho, de chapa híbrida aglomerada Madeira/Coco (CHMC).
Os ensaios físicos referem-se aos de densidade e teor de umidade, absorção de água e
o inchamento de espessura ambos em duas horas (2h) e vinte e quatro horas (24h). Os ensaios
mecânicos são os de flexão estática e adesão interna. Todos esses ensaios já foram
referenciados no capítulo que trata dos materiais e métodos.
4.4.1 – ENSAIO DE DENSIDADE
A figura 4.34 mostra as curvas representativas dos ensaios de densidade para cada
traço ensaiado e os respectivos corpos-de-prova.
129
1000
1000
TRAÇO 25/75
DENSIDADE (Kg/m3)
TRAÇO 0/100
900
900
800
800
700
700
600
600
0
2
4
6
8
1000
10
0
1000
2
4
TRAÇO 50/50
900
800
800
700
700
0
2
4
6
8
8
10
TRAÇO 75/25
900
600
6
600
10
0
2
CORPO DE PROVA
4
6
8
10
Figura 4.34 – Ensaios de densidade da CHMC
Pelo gráfico da figura 4.34 observa-se que com a presença do endocarpo seco na
mistura para a fabricação da chapa CHMC, inclusive para todos os traços usados, o
coeficiente de variação aumenta, conforme os dados da tabela 4.10.
Porém o traço sem adição do endocarpo seco apresentou mais homogêneo do que os
demais traços, indicado pelo coeficiente de variação de 3,72%, conforme mostra a tabela 4.9.
Ressalta-se que o valor obtido para o coeficiente de variação tanto para CHMC sem adição
do endocarpo quanto os com a adição do endocarpo apresentaram o coeficiente de variação
muito abaixo dos 18% definidos por Eleotério (2000) para as propriedades da madeira.
Tabela 4.10 – Densidade da CHMC versus teores dos resíduos
TRAÇO (%)
0/100
DENSIDADE MÉDIA (Kg/m3)
807,50
DP
30
CV (%)
3,72
25/75
794,97
74
9,3
50/50
812,65
85
10,46
75/25
815,37
74
9,07
Na figura 4.35 mostra-se a curva comparativa dessa densidade em relação aos valores
médios.
130
DENSIDADE MÉDIA(kg/m3)
950
GRÁFICO
TEOR DE ENDOCARPO SECO X DENSIDADE MÉDIA
erro 5%
750
Faixa estabelecida pela norma ABNT 14810-2
para chapa de partícula aglomerada com
densidade média de 551kg/m3 até 750kg/m3
550
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO SECO (%)
Figura 4.35 – Gráfico teor de endocarpo seco versus densidade média da CHMC
O que decorre da figura 4.35 é que não existe um ganho real na densidade da chapa
CHMC com a adição do endocarpo seco para os traços utilizados nesta tese, isto é, para o
traço sem adição de endocarpo seco a densidade média calculada é de 807 Kg/m3 e para o
traço de maior quantidade de endocarpo seco (75/25) o valor é de 815 Kg/m3. Isto significa
um ganho de menos de 1% o que não representa um ganho real e significativo com a adição
do endocarpo seco nas condições de traço e de granulometria para as chapas aglomeradas
fabricadas.
Na Figura 4.35 fica evidente que a chapa fabricada está acima da classificação
normativa para as chapas de densidade média, sendo classificada, portanto como chapa de alta
densidade.
As médias obtidas para os traços estudados são equivalentes mesmo com a variação do
teor do endocarpo seco, sendo o endocarpo de maior densidade do que o resíduo de derivados
de madeira e moveis (resíduos MM).
Na tabela 4.11 ilustra-se a diferença absoluta da densidade da CHMC para os traços
utilizados, mas apesar das médias das densidades serem equivalentes entre os traços usados a
diferença
absoluta
encontrada
mostra
que
a
presença
significativamente essa diferença, chegando a duplicá-la.
do
endocarpo
aumenta
131
Sendo assim, as observações apresentadas na tabela 4.10 corroboram com as
observações da tabela 4.9 como também com a figura 4.34 no que tange a dispersão dos dados
influenciados pela presença do endocarpo seco.
Tabela 4.11 – Diferença absoluta entre os teores dos resíduos na CHMC
TRAÇO
DMáx(Kg/m3)
DMín(Kg/m3)
Δ(Kg/m3)
DA (%)
0/100
853,154
743,110
110,044
12,9
25/75
860,784
643,68
217,104
25,22
50/50
958,751
723,36
235,391
24,55
75/25
898,574
664,59
233,984
26,04
Esses resultados podem estar indicando que o endocarpo, sendo um material mais
denso (ver histograma do endocarpo seco) do que o resíduo MM pode ser utilizado quando se
deseja uma menor quantidade de resíduos MM na chapa fabricada, seja por motivos
econômicos ou de preservação, conferindo a estrutura uma maior densidade quando seja
necessária uma aplicação em estruturas mais reforçadas.
Outro aspecto a ser considerado é que a chapa 0/100 apresenta uma melhor
homogeneidade do que as demais. A presença do endocarpo seco aponta para uma melhor
adesão da resina à base de mamona com as partículas menores dos resíduos MM, além do
nível de absorção deste pela resina que possibilita uma menor quantidade de vazios e
apresenta uma maior área superficial que ajuda nesse processo (CALIGARI et al., 2004) e
(NUNES et al., 1999).
Além disso, a densidade da chapa no traço 0/100 apresenta melhores características de
afinidade com relação à resina usada, tendo em vista o valor alcançado sem a presença do
endocarpo seco.
Provavelmente, o mecanismo de adesão da chapa 0/100 foi mais bem realizado do que
os traços com a presença do endocarpo, isto deve ter influenciado na obtenção da densidade
0/100. Assim, pode-se dizer que o mecanismo de adesão presente neste traço seja formado
pela introdução da resina no interior dos resíduos MM por capilaridade, sendo dessa forma
uma adesão mecânica.
Nos demais traços, como o endocarpo é menos poroso do que esses resíduos, a
tendência é absorver menos resina, podendo até produzir uma adesão de superfície. Fenômeno
corroborado pela observação realizada na fabricação das chapas CHMC quando se observou
o aspecto mais lustroso na mistura com a presença do endocarpo, inclusive gerando
escorregamento das partículas, conforme anteriormente exposto.
132
4.4.2 – TEOR DE UMIDADE
Na figura 4.36 mostram-se as curvas representativas dos ensaios de teor de umidade
para cada traço ensaiado e os respectivos corpos-de-prova, como também, observa-se que os
teores de umidade obtidos para o traço 0/100 apresentam a maior dispersão, corroborado pelo
cálculo do coeficiente de variação apresentado na tabela 4.12, abaixo apresentada, porém, a
média indica um menor teor de umidade para esta chapa.
Por outro lado, o traço 50/50 que apresentou a melhor homogeneidade dos dados, isto
é, o menor valor do coeficiente de variação indicando uma melhor homogeneidade dos seus
dados, obteve o maior teor de umidade conforme a mesma tabela citada.
Assim o teor de umidade para o traço 25/75 aumenta de 25,65% em relação ao traço
0/100. Para o traço 50/50 o aumento é de 53,55% e para o 75/25 o aumento é de 17,33% em
relação ao traço sem adição do endocarpo seco.
TRAÇO 0/100
TEOR DE UMIDADE(%)
12
8
8
4
4
0
0
2
4
6
8
10
TRAÇO 50/50
12
0
0
4
12
8
8
4
4
0
TRAÇO 25/75
12
0
0
4
8
12
0
4
CORPOS DE PROVA
8
12
TRAÇO 75/25
8
12
Figura 4.36 – Curvas dos ensaios de teor de umidade da CHMC
Tabela 4.12 – Absorção de umidade da CHMC versus teores dos resíduos
TRAÇO (%)
MÉDIA DO TEOR DE UMIDADE (%)
DP
CV(%)
0/100
5,77
2,52
43,67
25/75
7,25
1,47
20,28
50/50
8,86
1,58
17,83
75/25
6,77
1,45
21,42
133
Na figura 4.37 estabelece-se um comparativo entre os valores médios do teor de
umidade em relação aos traços fabricados da CHMC e na tabela 4.12 mostra a diferença
absoluta obtido no ensaio de teor de umidade para os corpos-de-prova com seus respectivos
traços.
Na tabela 4.13, abaixo, mostra-se que a maior diferença entre os corpos-de-prova
encontra-se no traço 0/100, corroborando com a tabela 4.12, já apresentada. Dos traços
contendo o endocarpo seco o traço 50/50 foi o que apresentou a maior diferença absoluta,
apontada pela tabela 4.13, no entanto na tabela 4.12 mostra-se que os dados obtidos no ensaio
com esses corpos-de-prova apresentaram mais homogeneidade entre seus dados.
TEOR DE UMIDADE x TEOR DE ENDOCARPO SECO
TEOR DE UMIDADE MÉDIO(%)
10
8
6
4
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
TEOR DE ENDOCARPO SECO(%)
Figura 4.37 – Gráfico teor de umidade médio em relação ao teor de endocarpo seco na
CHMC (margem de erro 5%)
Tabela 4.13 – Diferença absoluta entre os teores dos resíduos na CHMC
TRAÇO
UMáx(%)
UMín(%)
Δ(Kg/m3)
DA (%)
0/100
7,6
4,4
3,2
42,10
25/75
8,5
6,3
2,2
25,88
50/50
10,7
7,0
3,7
34,58
75/25
8,1
6,9
1,2
14,81
Disso depreende que este traço passa a ser crítico para o teor de umidade presente nas
chapas CHMC, ou seja, um aumento de 50% do endocarpo seco na CHMC com a
conseqüente redução de 50% no resíduo MM acarretará um aumento no teor de umidade de
134
53,55% na CHMC. Nisso, envolve a relação entre os tamanhos das partículas de cada
componente híbrido, os vazios gerados e o nível de absorção de cada componente, a
facilidade da resina se combinar preferencialmente com um ou outro dos componentes
híbridos presentes na CHMC (ALBUQUERQUE, 2000) e (HELLING et al., 2002).
4.4.3 – ENSAIO ABSORÇÃO DE ÁGUA (2h e 24h)
Este ensaio é muito importante para os materiais lignocelulósicos, pois normalmente a
alta absorção de água desses materiais é um limitante a sua utilização. Assim, Nas figuras
4.38(a) e (b) mostra-se os gráficos desses ensaios em relação aos corpos-de-prova e os
respectivos traços tanto nas primeiras duas horas de ensaio como para as vinte quatro horas do
ensaio, respectivamente.
Pelos gráficos representados nas figuras 4.38(a) e (b) verificam-se que nas duas
primeiras horas de ensaio os corpos-de-prova apresentaram em todos os traços
homogeneidade nos resultados, tendo o traço 25/75 o mais homogêneo entre todos.
12
12
TRAÇO 25/75
ABSORÇÃO de ÁGUA em 2hs (%)
TRAÇO 0/100
6
0
6
0
2
4
6
8
10
12
0
TRAÇO 50/50
6
0
0
2
4
6
8
10
12
TRAÇO 75/25
6
0
2
4
6
8
0
10
0
2
4
CORPOS DE PROVA
6
8
10
Figura 4.38(a) – Teor de absorção em relação ao teor de resíduos na CHMC para 2 horas
135
ABSORÇÃO DE ÁGUA em 24hs (%)
32
32
TRAÇO 0/100
TRAÇO 25/75
24
24
16
16
8
8
0
2
4
6
8
10
32
0
2
4
6
8
10
32
TRAÇO 50/50
TRAÇO 75/25
24
24
16
16
8
8
0
2
4
6
8
10
0
2
4
CORPOS DE PROVA
6
8
10
Figura 4.38(b) – Teor de absorção em relação ao teor de resíduos na CHMC para 24 horas
Após as vinte e quatro horas, a tendência indicada na tabela 4.14(a) para este traço
continuou, conforme mostrado na tabela 4.14(b).
Tabela 4.14(a) – Média do Teor de Absorção (2h) em função dos traços da CHMC
TRAÇO(%)
ABSORÇÃO DE ÁGUA em 2h(%)
DP
CV(%)
0/100
4.1
2,4
58,53
25/75
4,1
1,5
36,59
50/50
2,6
1,4
53,85
75/25
2,5
1,5
60,00
Tabela 4.14(b) – Média do Teor de Absorção (24h) em função dos traços da CHMC
TRAÇO(%)
ABSORÇÃO DE ÁGUA em 24h(%)
DP
CV(%)
0/100
17,50
6,20
35,42
25/75
16,40
3,50
21,34
50/50
13,40
3,20
23,88
75/25
8,20
2,60
31,70
Nessa tabela o traço sem adição do endocarpo seco se apresenta com o maior nível de
absorção de água em contrapartida ao traço de maior quantidade de endocarpo seco que
apresentou o menor nível.
Nas tabelas 4.14 (a) e (b) mostram-se os valores médios para a absorção de água
obtidos dos corpos-de-prova ensaiados em 2h e 24h, respectivamente.
136
Na tabela 4.14(b) mostra-se que à medida que se aumenta à quantidade de endocarpo
seco na chapa, a quantidade de absorção de água diminui. Observação reforçada através da
figura 4.39, a qual mostra esse comportamento apresentado em valores médios.
É possível que este comportamento seja proveniente da maior quantidade de resíduos
MM no traço 0/100 e da menor quantidade presente no traço 75/25, haja vista que este
material seja mais hidrofílico em relação ao endocarpo (IWAKIRI et al., 2004) e (ROZMAN
et al., 2000).
Ademais, a possibilidade das partículas dos resíduos MM estarem em menor
quantidade e em menor volume produziria menor efeito na chapa deste traço, inclusive estes
resíduos ocupariam os espaços insteristiciais gerados entre as partículas do endocarpo
favorecendo uma menor absorção do que o traço 50/50, por exemplo. Comportamento
estudado por Peixoto e Brito (2000), além de do trabalho de Razera (2006) que aponta o efeito
do tamanho e forma das partículas na influência das chapas aglomeradas.
20,0
ABSORÇÃO DE ÁGUA(%)
17,5
15,0
24hs
12,5
10,0
(76,57%)
(78,66%)
(80,59%)
7,5
2hs
5,0
(69,51%)
2,5
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO SECO(%)
Fig. 4.39 - Gráfico comparativo entre a quantidade de absorção de água e a quantidade e
endocarpo seco na CHMC (em valores médios).
O gráfico representado na figura 6.44 mostra-se a variação da absorção de água, em
valores médios, entre os traços fabricados com relação ao teor de endocarpo presente nas
chapas e se constata que há uma diminuição da quantidade de resíduo MM na direção do
crescimento do endocarpo gerando uma diminuição de absorção de água, provavelmente em
função da presença da lignina, efeito também observado tanto por Semana (1976) quanto por
Khedari et al.(2004) ao analisarem painéis fabricados com fibra de coco. Os valores em
137
vermelho, no gráfico, indicam o aumento, em porcentagem, do teor de absorção após as 24
horas de ensaio.
Na tabela 4.15 é mostrada a dispersão entre os valores obtidos nos ensaios de absorção
nas duas e vinte e quatro horas. Observa-se que nas duas horas iniciais as chapas com o teor
de resíduo MM de 0/100 e 25/75 apresentaram a maior dispersão com 83,33% e 74,6%,
respectivamente. Com o aumento da quantidade de endocarpo, reduziram a dispersão para
65,9% e 66,67% para os traços 50/50 e 75/25, respectivamente.
Tabela 4.15 – Dispersão absoluta entre os traços dos resíduos na CHMC
TRAÇO
Δ(%)
AMin(%)
AMáx(%)
DA(%)
0/100
2hs
10,20
24hs
30,60
2hs
1,70
24hs
11,50
2hs
8,5
24hs
19,10
2hs
83,33
24hs
62,41
25/75
6,3
24,10
1,6
11,50
4,7
12,60
74,6
52,28
50/50
4,30
17,80
1,50
7,70
2,80
10,10
65,9
56,74
75/25
5,10
14,50
1,70
4,90
3,40
9,60
66,67
66,20
A média obtida nessas duas horas de ensaio para os traços 50/50 e 75/25 são
praticamente iguais e menores que os traços 0/100 e 25/75 que apresentam uma maior
quantidade de resíduo MM, conforme apresenta na tabela 4.14(a) e na figura 4.39.
Após as vinte e quatro horas houve um aumento para todos os traços no teor de
absorção, tendo o traço 0/100 apresentado a maior média como mostra a tabela 4.13(b) e o
traço 75/25 o menor valor com 8,20%.
Quando se compara o crescimento da média (note figura 6.44 em vermelho) com a
finalização do ensaio, após as vinte e quatro horas, observa-se que o traço 50/50 apresentou
um aumento de absorção de água de 80,59% e a menor tendência verificada foi o do traço
75/25 com apenas 69,51%.
Isso significa que após duas horas de ensaio de absorção o traço 50/50 tem a tendência
de absorver mais água e o traço 75/25 a menor tendência.
Quanto ao traço 0/100 apesar de apresentar a maior média absoluta após as duas horas
o crescimento da média verificado é equivalente ao traço 25/75, com respectivamente 76,57%
e 78.66%.
O comportamento dos traços em relação ao ensaio de absorção é devido ao balanço
entre as quantidades de resíduos e diretamente ligado com a forma do particulado, uma vez
que neste trabalho os componentes híbridos presentes são de formas geométricas diferentes
138
(ver figura 5.8(a)), além de o endocarpo absorver menos água do que os resíduos MM
(RAZERA, 2006) e (ROZMAN et al., 2000).
Quanto ao comportamento do traço 75/25 este pode ser compreendido quando uma
maior quantidade de endocarpo diminui a ação da absorção que seria produzida por uma
quantidade maior de resíduos MM e que os interstícios produzidos pela forma do particulado
do endocarpo na chapa seja preenchidos por uma menor quantidade de resíduos MM.
Acresce ao fato, a quantidade de resina usada que auxilia para a diminuição da
absorção ocupando possíveis vazios existentes que não foram ocupados pelos resíduos MM
na chapa CHMC, comportamento verificado por Maciel et al. (2004), Iwakiri et al. (2004) e
Nunes et al. (1999).
4.4.4 – INCHAMENTO EM ESPESSURA (2h e 24h)
O inchamento de espessura é um fator limitante de resíduos lignocelulósicos devido a
tendência hidrofílica desses materiais, gerando forças que promovem o intumescimento
desses materiais.
O tamanho do particulado utilizado, a natureza da adesão e a capacidade de absorção
do material da resina são fatores, entre outros, que pode influenciar no inchamento
(RAZERA, 2006), (HASELEIN et al., 2002) e (IWAKIRI et al., 2001)
Sabe-se que o inchamento de espessura é um dos indicativos do comportamento do
adesivo na chapa, ou seja, verificar se a resina a base de mamona nas condições estabelecidas
neste trabalho atende a necessidade quanto às propriedades da chapa fabricada.
O inchamento na espessura da chapa é influenciado pelas forças de inchamento
originadas nos materiais lignocelulósicos devido à presença da hemicelulose, como também
da celulose.
Acrescido pela presença de vazios no interior das chapas como também do fenômeno
da capilaridade nas fibras que absorvem a molécula de água pelo lúmen, conforme
anteriormente explicado. Dessa forma a molécula é introduzida nas fibras pelo lúmen gerando
o intumescimento que altera as dimensões desses materiais.
Essas influências observadas no inchamento nas chapas aglomeradas pelos
componentes da madeira, como a hemicelulose, da celulose, inclusive a lignina, já foram
indicadas por diversos autores como Calligari et al. (2004), Rozman et al. (2000), Gindl
(2001), Khedari et al. (2003) entre outros.
139
A tendência verificada neste ensaio para a placa CHMC indica que a presença dos
resíduos MM aumenta o inchamento de espessura nas chapas, sendo que por outro lado, a
presença do endocarpo inibe o crescimento, haja vista a presença da lignina, conforme já
exposto, e da ausência de intumescimento no particulado do endocarpo seco que não altera
suas características dimensionais frente a presença da água.
Nas tabelas 4.16 (a) e (b) mostram-se os valores médios para o inchamento em
espessura obtidos dos corpos-de-prova ensaiados em 2h e 24h, respectivamente.
Tabela 4.16(a) – Média do Inchamento em espessura dos corpos-de-prova em função dos
traços da CHMC em 2h
TRAÇO (%)
INCHAMENTO EM ESPESSURA (%)
DP
CV(%)
0/100
0,63
0,67
106,35
25/75
1,1
0,9
81,82
50/50
2,3
2,7
117,39
75/25
0,86
0,5
58,14
Tabela 4.16(b) – Média do Inchamento em espessura dos corpos-de-prova em função dos
traços da CHMC em 24h
TRAÇO(%)
INCHAMENTO EM ESPESSURA(%)
DP
CV(%)
0/100
3,90
0,52
13,33
25/75
4,40
0,60
13,64
50/50
5,80
4,30
74,14
75/25
3,90
1,70
43,59
Nas figuras 4.40 (a) e (b) ilustram-se os respectivos comportamentos dos corpos-deprova submetidos ao ensaio de inchamento de espessura na chapa CHMC em duas horas e
vinte quatro horas, respectivamente.
140
INCHAMENTO DE ESPESSURA em 2hs (%)
4
4
TRAÇO 0/100
TRAÇO 25/75
2
0
0
2
2
4
6
8
10
0
0
2
6
8
10
8
10
4
4
TRAÇO 75/25
TRAÇO 50/50
2
2
0
0
4
2
4
0
0
2
4
8 10
CORPOS DE PROVA
6
6
INCHAMENTO DE ESPESSURA EM 24hs(%)
Figura 4.40(a) – Gráfico do inchamento de espessura em relação aos corpos-de-prova em
função do teor de resíduos usados na CHMC para 2h
TRAÇO 0/100
TRAÇO 25/75
6
6
0
2
4
6
8
TRAÇO 50/50
18
10
0
2
4
6
8
10
18
TRAÇO 75/25
12
12
6
6
0
2
4
6
8
10 0
2
4
CORPOS DE PROVA
6
8
10
Figura 4.40 (b) – Gráfico do inchamento de espessura em relação aos corpos-de-prova em
função do teor de resíduos usados na CHMC para 24h
Na tabela 4.17 são apresentados os valores das diferenças absolutas para o inchamento
em 2hs e 24hs da CHMC e seus respectivos traços usados.
141
Tabela 6.17 – Dispersão absoluta entre os traços dos resíduos para o inchamento em espessura
da CHMC
IMin(%)
IMáx(%)
TRAÇO
Δ(mm)
DA(%)
0/100
2hs
2,12
24hs
8,70
2hs
0,01
24hs
3,30
2hs
2,11
24hs
5,40
2hs
52,83
24hs
62,07
25/75
2,60
5,50
0,40
3,70
2,20
1,80
84,62
32,73
50/50
7,60
16,00
0,20
2,60
7,40
13,40
97,34
83,75
75/25
1,80
7,90
0,30
1,80
1,50
6,10
83,33
77,22
Na figura 4.41 mostra-se o comparativo do inchamento de espessura, em valores
médios, para os ensaios com duas horas e vinte e quatro horas. Os valores em vermelho
INCHAMENTO EM ESPESSURA (%)
indicam o aumento, em porcentagem, do teor de inchamento após as 24 horas de ensaio.
6
24hs
4
(60,34%)
(75%)
2
(77,95%)
(83,85%)
2hs
0
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO SECO(%)
Figura 4.41 - Gráfico comparativo entre a quantidade de inchamento de espessura e a
quantidade de endocarpo seco na CHMC.
Na figura 4.41 observa-se a alteração na média do inchamento em espessura com o
acréscimo do endocarpo na chapa CHMC, tanto nas duas primeiras horas do ensaio quanto
após as vinte quatro horas.
É interessante notar que apesar do traço 50/50 apresentar a maior média absoluta para
o inchamento, tanto nas duas horas iniciais quanto no final do ensaio, verifica-se que o
acréscimo observado no valor da média, indicado em vermelho na figura 4.41, mostra que
esse crescimento foi menor após as vinte quatro horas do que os demais traços. Isso significa
que neste traço a tendência de inchamento após as 24h é bem menor do que os demais traços.
142
No traço sem adição do endocarpo seco (0/100) apresentou a menor média absoluta
para o inchamento de espessura, porém a tendência apontada na figura 4.41 para este traço
(83,85%) mostra que a tendência ao inchamento é bem maior do que no traço 50/50 (60,34%).
Os demais traços apresentam, praticamente, a mesma tendência ao inchamento após as 24hs,
no caso para o traço 25/75 com 75% e no traço 75/25 com 77,95%.
O inchamento observado para o traço 50/50 sendo o maior em relação aos demais
traços é conseqüência da maior tendência à absorção de água deste traço, já observado na
figura 4.39, anteriormente apresentada. Porém mesmo nesta condição este traço absorveu
menos água do que o traço 0/100.
Quanto à dispersão absoluta apresentada pela tabela 4.12, o traço 50/50 apresentou a
maior dispersão, tanto nas 2h quanto nas 24h de ensaio. Contudo para o traço 0/100 houve um
aumento na dispersão de 9,04%.
Para o traço 75/25 a dispersão reduziu de 6,11%, que foi a menor de todos os traços e
o traço 75/25 reduziu de 13,59%. No traço 50/50 apresentou a maior redução com 51,89% na
dispersão após as 24h de ensaio.
Disso resulta que a presença do endocarpo age como um componente de controle ao
inchamento provocado pelos resíduos MM na chapa CHMC. Assim a maior quantidade de
endocarpo seco na chapa pode propiciar melhor comportamento à chapa do que os resíduos
MM frente à presença de água, seja ao inchamento seja na absorção de água.
Quanto ao coeficiente de variação (CV) indicado pela tabela 4.13(a) e (b) mostram que
após as vinte e quatro horas os valores obtidos nos ensaios tendem a se homogeneizar sendo
os traços 0/100 e 25/75 mais homogêneo e o traço 50/50 o menos homogêneo.
Além disso, Okino et al. (1997) informa que a norma DIN 68761 estabelece que as
porcentagens máximas permitidas para o inchamento, após 2 e 24h de imersão em água, são,
respectivamente: 6 e 15%, para resinas tipo uréia-formaldeído, de uso interior; e 6 e 12%,
para resinas tipo fenólicas, de uso exterior.
Sendo assim, para todos os traços estabelecidos nesta tese os resultados do inchamento
estão muito abaixo do preconizado pela norma DIN 6871, apresentada por Okino et al. (1997)
tanto nas duas horas de ensaio quanto em vinte e quatro horas de ensaio.
143
4.4.5 – RESISTÊNCIA A TRAÇÃO PERPENDICULAR OU ADESÃO
INTERNA
O ensaio de resistência à tração perpendicular, conhecido também como ensaio de
adesão interna, analisa os efeitos gerados por cargas de tração na CHMC. Sua importância é
de verificar o nível de adesão, ou melhor, o quanto o adesivo utilizado na fabricação de
placas, homogêneas ou não, de partículas aglomeradas, e no caso específico deste trabalho a
CHMC, suporta o carregamento de tração gerando no interior a resistência à tração
perpendicular (RTP).
Na figura 4.42 é apresentado o gráfico do ensaio de adesão interna com os corpos-deprova ensaiados e seus respectivos traços fabricados.
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR (daN/cm2)
16
TRAÇO 0/100
TRAÇO 25/75
14
14
12
0
2
14
4
6
8
TRAÇO 50/50
0
10
14
2
4
6
8
10
TRAÇO 75/25
12
12
10
10
8
0
2
4
6
8 10
0
2
4
CORPOS DE PROVA
6
8
10
Figura 4.42 – Gráfico resistência à tração perpendicular em função dos traços da CHMC
Na tabela 4.18 mostra a média calculada dos corpos-de-prova para cada traço
fabricado da CHMC, juntamente com os desvios padrões e o coeficiente de variação. Através
dela se observa que os traços 0/100 e 25/75 apresentaram mais homogeneidade nos resultados
representados pelos valores 3,32% e 3,45%, respectivamente.
Esse comportamento pode estar associado à melhor adesão desses traços em relação
aos traços 50/50 e 75/25, uma vez que aqueles apresentam maior quantidade de resíduos MM
do que esses traços. Disso resulta que os resíduos MM apresentam melhores características
adesivas com a mamona em relação ao endocarpo, em função das características dos
144
particulados dos resíduos MM, conforme apresenta Moslemi (1974) Apud Iwakiri (1999) e
Razera (2006).
Tabela 4.18 – Média da resistência à tração perpendicular dos corpos-de-prova em função dos
traços da CHMC
TRAÇO(%)
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR (daN/cm2)
DP
CV(%)
0/100
14,75
0,49
3,32
25/75
12,46
0,43
3,45
50/50
8,44
0,83
9,83
75/25
10,92
0,83
7,60
Um aspecto importante a ser colocado em relação à compatibilidade da resina à base
de mamona e o endocarpo é que a CHMC foi realizada a temperatura de 90ºC, muito abaixo
da temperatura de transição vítrea da lignina, presente no endocarpo que segundo Klock et al.
(2005) é em torno de 135ºC a 190ºC.
Dessa forma é possível que pela natureza do endocarpo com relação à absorção da
resina por ele seja bem menor quando comparada com ao resíduo MM e assim, produziria
uma adesão menos eficiente.
A temperatura utilizada para a fabricação da CHMC provavelmente pode favorecer
mais ao resíduo MM do que ao endocarpo, porém é necessário um aprofundamento da análise
do efeito da temperatura na adesão com o endocarpo.
Na tabela 4.19 mostram-se os valores das dispersões absolutas entre os corpos-deprova para a resistência à tração perpendicular (RTP) da CHMC e seus respectivos traços
usados. A mesma indica que os traços menos dispersos são os que apresentam maior
quantidade de resíduos MM, no caso os traços 0/100 e 25/75. Os mais dispersos são aqueles
que apresentam maior quantidade de endocarpo, ou seja, os traços 50/50 e o 75/25.
Tabela 4.19 – Diferença absoluta entre os traços dos resíduos para a resistência à tração
perpendicular da CHMC
RTPMin
TRAÇO
RTPMáx
(daN/cm2)
(daN/cm2)
0/100
15,53
25/75
Δ(mm)
DA* (%)
14,00
1,53
9,85
12,89
11,64
1,25
9,70
50/50
9,43
7,29
2,14
22,70
75/25
11,96
9,49
2,47
20,70
DA* – Dispersão absoluta
145
Na figura 4.43, que representa o gráfico das médias obtidas dos endocarpos, indica que
a presença do endocarpo inicialmente mostra uma tendência de atuar no sentido de diminuir o
valor da resistência à tração perpendicular da CHMC.
Isso quer dizer que no traço sem a adição do endocarpo, traço 0/100, o valor é de
14,75 daN/cm2, com a presença de 25% de endocarpo já produz uma redução de 15,53% na
resistência, atingindo um mínimo no traço 50/50 com a média de 8,44 daN/cm2 quando a
redução chega ao valor de 42,78%, no entanto, a partir deste traço, há um ganho da resistência
2
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR(daN/cm )
para o traço 75/25 de 10,16%.
20
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR
x
TEOR DE ENDOCARPO SECO
15
10
5
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO SECO(%)
Figura 4.43 – Gráfico da média da resistência à tração perpendicular em relação ao teor de
endocarpo seco nos traços da CHMC (margem de erro 5%)
Posto isso, é provável que haja uma influência da relação entre os percentuais dos
componentes de cada traço na RTP uma vez que se sabe que as características dos resíduos,
juntamente com a forma de adesão podem atuar positivamente ou negativamente no
comportamento da RTP, conforme apresenta Iwakiri (2004). Este autor informa que a
alteração pode-se dar em função da relação entre a disponibilidade de resina em função do
aumento da quantidade de partículas usadas na fabricação da chapa aglomerada.
Além disso, é provável que esse comportamento possa estar ligado com a diferença de
densidade entre os resíduos, no caso o endocarpo e os resíduos MM, bem como a forma e
tamanho da granulometria usada nas CHMC fabricada, segundo as informações de Morais et
al. (2005), Hilling et al. (2002) e Teixeira et al. (2002), que indicam as alterações que ocorrem
pela variação desses parâmetros.
146
Assim, fica evidente que ao adicionarmos o endocarpo na chapa e reduzindo de igual
teor o resíduo MM há ocorrência de perda de resistência à tração perpendicular. Esse
comportamento atinge o mínimo no acréscimo de 50% de endocarpo seco e de redução de
50% de resíduo MM na chapa fabricada.
Acima desta quantidade de endocarpo seco há um ganho de resistência, porém em
menor valor do que foi perdido. Dessa forma a alteração na quantidade dos resíduos seja o
resíduo MM ou o endocarpo seco alteram a resistência à tração perpendicular da chapa
fabricada.
Outro aspecto a ser considerado é que no traço 0/100 a resina à base de mamona
aderiu por completo ao resíduo MM e o mecanismo de adesão associado é por adesão
mecânica, apresentando melhor nível de adesão do que os demais traços sendo auxiliado pelo
tamanho do particulado que apresenta uma maior área superficial, colaborando na capacidade
de ser umedecido e absorvido pela mamona (RAZERA, 2006).
No traço, 25/75 a RTP a presença de 25% do endocarpo seco altera a área superficial,
diminuindo-a em relação ao traço 0/100, isso acarreta uma diminuição na RTP para este
traço, além do mais a presença do endocarpo sugere que houve uma modificação no
mecanismo de adesão, que anteriormente era totalmente mecânica, de vez que a resina era
absorvida pelo lúmen dos resíduos MM ou preenchia os vazios na CHMC.
Acresce que as partículas menores geram menores quantidades de vazios e apresenta
uma maior área superficial, Nunes (1999), facilitando a absorção da mamona. Nisso é que o
endocarpo influenciou o comportamento da adesão ante a presença do resíduo MM na
CHMC.
Provavelmente, interferindo na parcela substituída, fazendo com que a adesão seja
menos enriquecida pela absorção e a resina passa a preencher esses vazios juntamente com a
presença dos resíduos MM de menor tamanho, dessa forma a mamona adere à superfície do
endocarpo, mas não é absorvida por ele, o que deve ter influenciado para a diminuição da
RTP.
No que se refere ao traço 50/50 os resíduos se apresentam na mesma proporção, isto é,
50% de resíduos MM e 50% de endocarpo seco, porém o volume gerado na mistura para a
mesma quantidade de resina pode ter sido um fator a mais a influenciar o mecanismo da
adesão.
Isso significa que uma maior parcela de endocarpo é colocada e isso diminui cada vez
mais a área superficial bem como a distância entre as partículas em relação aos traços
147
anteriores, e também a tendência dos resíduos MM se aglutinar sendo maior do que os
endocarpos quando adicionado a resina à base de mamona.
A quantidade de vazios são maiores e os efeitos tornam-se mais pronunciado, gerando
uma diminuição ainda maior da RTP, conforme apresentados na tabela 4.15 e na figura 6.49.
Igualmente, o acima exposto contraria as informações de Cunha et al. (2000) que
citando alguns autores informa que o traço 1:1 para a composição de chapas aglomeradas com
mais de um constituintes há um ganho na RTP entre outras propriedades. Essa diferença pode
ser devido à característica do endocarpo quanto à forma e tamanho utilizado.
No entanto, para o traço 75/25 houve uma recuperação no valor da RTP,
possivelmente pela maior quantidade de endocarpo presente, este deveria apresentar uma
maior diminuição da RTP, mas não foi observada esta tendência.
Daí resulta que o fato motivador dessa recuperação possa ter sido a menor quantidade
de resíduos MM que absorvem uma menor quantidade de resina, haja vista a proporção do
traço 75/25.
Dessa forma os vazios gerados, e que provavelmente são em maiores quantidades do
que o traço 50/50, é preenchido pela resina e pelos resíduos MM. Haja vista que o volume
gerado por pelos 25% desses resíduos, e que juntos agem como ancoramento para os
endocarpos secos na CHMC, gerando um aumento da RTP para este traço.
Todavia, a quantidade de endocarpo proposto nesse traço só diminuiu ainda mais a
área superficial e, conseqüentemente, a área para absorção da resina, facilitando mais a
adsorção desta. Assim, esses dois fatores, uma maior quantidade de resina disponível para o
endocarpo e o ancoramento dos resíduos MM nos vazios existentes provavelmente tenha
gerado o ganho verificado na tabela 4.15 e na figura 4.43.
Este gráfico, representado pela figura 4.43, também mostra a existência de duas áreas
representativas, uma à esquerda e outra à direita do ponto de inflexão, representado pelo traço
50/50, conforme mostrado na figura 4.44.
Assim, a região á esquerda representa a área de perda de resistência à tração
perpendicular e à direita representa a área de ganho de resistência, sendo que a área de ganho
é maior do que a área gerada pela perda de resistência é o que indica os traços definidos neste
trabalho.
A importância deste gráfico está na verificação da relação existente entre os resíduos
usados para obter a melhor característica adesiva para a CHMC. Desse gráfico se observa a
presença do ponto de mínima RTP entre os traços usados, como também se deduz que com o
aumento do endocarpo na região de redução há diminuição da RTP.
148
Na região de recuperação mostra que com a diminuição da quantidade de resíduo MM
recupera-se a RTP. As áreas formadas indicam que a redução é maior que a recuperação nas
condições deste trabalho.
15
14
12
11
P
de RT
a
re da
Á ão
ç
du
re
10
9
8
0,00
0,25
re
cu Á
pa re
ra a
çã de
o
da
R
TP
2
RTP(daN/cm )
13
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO (%)
Figura 4.44 – Gráfico representativo da área de redução e recuperação da RTP
4.4.6 – FLEXÃO ESTÁTICA
Neste ensaio será determinado o módulo de Elasticidade Longitudinal (MOE) e o
Módulo de Ruptura (MOR) das CHMC, submetidos à carga transversal em flexão (flexão em
três pontos). Ambos os módulos são importantes parâmetros para o conhecimento do
comportamento das chapas ante o carregamento do momento de flexão produzido pelo
carregamento transversal durante o ensaio nas CHMC, e daí, se terem uma idéia de suas
propriedades e possíveis aplicações estruturais.
Na figura 4.45 ilustram-se os esforços produzidos na CHMC durante a aplicação do
carregamento transversal na produção da flexão.
149
Camada acima da linha
neutra submetida a
esforços de compressão
Camada abaixo da linha
neutra submetida a esforços
de tração
Figura 4.45 – Esforços no ensaio de flexão Estática na CHMC
Na figura 4.45 observa-se que a CHMC esta submetida a dois níveis de esforços em
relação à linha neutra, a parte acima da linha neutra encontra-se os esforços de compressão e
abaixo os de tração, ambos gerados pelo momento de flexão. Assim a composição dos
resíduos MM juntamente com o endocarpo deve ser capaz de suportar esses dois níveis de
esforços de modo a apresentar as melhores características mecânicas na CHMC.
Dessa forma, o particulado híbrido é muito importante nesse desempenho, pois se sabe
que o tamanho e forma do particulado, a relação entre o tamanho e a espessura (índice de
esbeltez), (Razera, 2006), bem como, o nível de adesão gerado entre o particulado, a presença
de vazios, entre outras características, pode influenciar no desempenho da CHMC em relação
à presença do momento de flexão.
Nas figuras 4.46(a) e (b) apresentam-se os gráficos que mostram a variação do MOE e
MOR, respectivamente, dos corpos-de-prova para cada traço fabricado.
150
MÓDULO DE ELASTICIDADE (MPa)
TRAÇO 0/100
2500
2500
2000
2000
1500
1500
1000
1000
500
500
0
2
4
2500
6
8
10
TRAÇO 25/75
0
2000
1500
1500
1000
1000
0
2
4
6
8
4
2500
TRAÇO 50/50
2000
500
2
500
10
6
8
10
TRAÇO 75/25
0
2
4
6
8
10
CORPO DE PROVA
Figura 4.46(a) – Variação do MOE dos corpos-de-prova de cada traço para a CHMC
MÓDULO DE RUPTURA (MPa)
25
25
TRAÇO 0/100
20
20
15
15
10
10
5
25
TRAÇO 25/75
5
0
2
4
6
8
10
TRAÇO 50/50
20
25
0
2
15
10
10
5
6
8
10
TRAÇO 75/25
20
15
4
5
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
CORPO DE PROVA
Figura 4.46(b) – Variação do MOR dos corpos-de-prova de cada traço para a CHMC
Na tabela 4.20 são mostrados a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação dos
corpos-de-prova ensaiados à flexão estática em função dos traços fabricados da CHMC.
151
Tabela 4.20 – Comparativo entre os traços fabricados em relação ao Módulo de Elasticidade e
o Módulo de Ruptura da CHMC
MÓDULO DE ELASTICIDADE (MPa)
MÓDULO DE RUPTURA (MPa)
TRAÇO
TRAÇO
PARÂMETROS
0/100
25/75
50/50
75/25
0/100
25/75
50/50
75/25
MÉDIA (MPa)
2214
1422
968,0
1041,2
19,30
12,12
7,67
5,44
DP
342,6
256,1
282,50
235,40
2,84
2,03
1,91
0,93
CV(%)
15,47
18,00
29,18
22,61
14,72
16,75
24,92
17,00
Como se pode observar na tabela 4.20, o traço 50/50 apresentou tanto no MOE quanto
no MOR a menor homogeneidade dos resultados, indicado pelo maior coeficiente de
variação, dos traços fabricados da CHMC, o que é, a princípio, esperado, pois se tratam de
resíduos, cuja uniformidade não se consegue garantir.
O traço sem adição de endocarpo seco apresentou o melhor desempenho frente à carga
de flexão estática, comportamento esse motivado pelo melhor comportamento do adesivo com
os resíduos MM, como também o menor tamanho dos mesmos, haja vista que as fibras de
menor tamanho produzem uma melhor relação entre espessura e comprimento, conforme
apresenta Razera (2006).
Acresce a isso o fato dos resíduos MM terem uma tendência a se aglutinar mais e
melhor do que os do endocarpo seco e dessa forma, a resina é bem mais aproveitada e a
quantidade de vazios diminui (MACIEL, 2004).
Nas figuras 4.47(a) e (b) apresentam-se os gráficos da média representativa dos
módulos de elasticidade longitudinal e de ruptura, respectivamente, associado ao
carregamento de flexão.
152
MÓDULO DE ELASTICIDADE(MPa)
2500
GRÁFICO COMPARATIVO
MÓDULO DE ELASTICIDADE x TEOR DE ENDOCARPO
2000
1500
1000
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO SECO(%)
Figura 4.47(a) – Gráfico do MOE x Teor do endocarpo seco da CHMC
MÓDULO DE RUPTURA(MPa)
25
GRÁFICO COMPARATIVO
MÓDULO DE RUPTURA x TEOR DE ENDOCARPO
20
15
10
5
0,00
0,25
0,50
0,75
TEOR DE ENDOCARPO(%)
Figura 4.47(b) – Gráfico do MOR x Teor do endocarpo seco da CHMC
Os gráficos acima mostrados apontam para a variação tanto no MOE quanto no MOR
em função da presença do endocarpo como também do aumento deste, variação essa expressa
pela diminuição da média dos módulos calculados.
Mostra também que a CHMC sem adição do endocarpo seco, ou seja, com o traço
0/100, apresentou o MOR e o MOE em maior valor, conforme já comentado. Os demais
traços apresentaram a diminuição bastante significativa em relação ao traço 0/100, nisso com
153
a redução de 25% do resíduo MM, e conseqüentemente com a adição de 25% de endocarpo
seco, houve uma redução no módulo de elasticidade de 35,77% e de 37,20% no módulo de
ruptura. A redução atingiu um máximo para o traço 50/50 no valor de 56,28% de redução em
relação ao traço 0/100. No traço 75/25 houve uma ligeira recuperação no MOE de 7,03% em
relação ao traço 50/50, porém muito insignificante em relação à redução sofrida pelo MOE.
Esse comportamento das chapas fabricadas com a presença do endocarpo seco se deu,
provavelmente, devido ao maior número de vazios presentes na chapa, além do efeito do
tamanho do particulado que afeta os módulos, estudados por Nunes (1999), Rozman (2006) e
Milagres (2006).
Outro aspecto interessante é o fato desta chapa tratar-se de uma chapa homogênea, isto
é, uma chapa classificada pela norma ABNT 14810 como sendo formada por uma única
camada. Sendo assim, o carregamento de flexão passa atuar e recaí sobre a relação adesivo –
carga híbrida a responsabilidade de suportar o carregamento.
Caso a adesão entre o particulado e o adesivo não for satisfatório a tendência é que as
respostas da chapa também não sejam satisfatórias. O que reforça tal suposição é o fato de as
chapas aglomeradas com mais de uma camada tendem a ter nas camadas externas a utilização
de particulado com menor tamanho em relação às camadas internas, aquelas suportam mais os
efeitos do carregamento de flexão do que as do centro aonde as tensões normais são mínimas
e zero na linha neutra. Essa possibilidade não existe nas chapas homogêneas, dessa forma a
uniformidade dos particulados entre outras características podem ajudar no desempenho das
chapas em relação ao carregamento de flexão estática.
Quanto ao MOR, este apresentou o comportamento semelhante ao MOE tanto no
traço sem adição do endocarpo quanto nos demais traço, porém não houve nenhuma
recuperação do MOR na passagem do traço 50/50 para o de 75/25, sendo este o de maior
redução em relação ao 0/100, que alcançou 71,81% de redução. A redução inicial foi de
37,20%, equivalente à redução inicial sofrida pelo MOE, também no traço 25/75.
Na tabela 4.21 apresenta-se de forma resumida a redução dos traços fabricados para a
CHMC em relação ao módulo de elasticidade e módulo de ruptura na flexão usando o traço
0/100 como referência, como também o respectivo gráfico gerado representativo da redução.
154
Tabela 4.21 – Resumo das reduções do MOE e MOR em relação ao traço da CHMC
TRAÇO
MOE (MPa)
REDUÇÃO MOE (%)
MOR (MPa)
REDUÇÃO MOR(%)
0/100
2214,0
0,00
19,30
0,00
25/75
1422,0
- 35,77
12,12
- 37,20
50/50
968,0
- 56,28
7,67
- 60,26
75/25
1412,2
- 52,97
5,44
- 71,81
Nas tabelas 4.22(a) e (b) apresentam-se a dispersão absoluta do MOE e MOR,
respectivamente, para cada fabricado da CHMC, as quais indicam que o traço 50/50
apresentou a maior dispersão dos traços fabricados e os demais traços se mostraram
equivalentes na dispersão.
Tabela 4.22(a) - Dispersão absoluta do MOE em relação aos traços da CHMC
TRAÇO
MOEMáx (MPa)
MOEMíx (MPa)
Δ (MPa)
DA (%)
0/100
2628
1468
1160
44,14
25/75
2046
1152
894
43,70
50/50
1614
672,7
941,3
58,32
75/25
1192,09
713,84
478025
40,12
Tabela 4.22(b) - Dispersão absoluta do MOR em relação aos traços da CHMC
TRAÇO
MOEMáx (MPa)
MOEMíx (MPa)
Δ (MPa)
DA (%)
0/100
23,31
13,84
9,47
40,63
25/75
15,81
9,50
6,31
39,91
50/50
11,92
5,64
6,28
52,68
75/25
7,18
4,20
2,98
41,50
A seguir, são apresentados na tabela 4.23 os resultados de todos os parâmetros
determinados nos ensaios realizados, com relação aos traços fabricados na CHMC.
Tabela 4.23 – Quadro geral dos parâmetros obtidos dos ensaios da CHMC
PARÂMETROS
TRAÇO DA CHMC
0/100
25/75
50/50
75/25
807,50
794,97
812,65
815,37
Teor de Umidade (%)
5,77
7,25
8,86
6,77
Absorção de água 2h (%)
4,10
4,10
2,60
2,50
Absorção de água 24hs (%)
17,50
16,40
13,40
8,20
Módulo de Elasticidade (MPa)
2214
1422
968
1041,2
Densidade Volumétrica (Kg/m3)
155
Tabela 4.23(Continuação) – Quadro geral dos parâmetros obtidos dos ensaios da CHMC
TRAÇO DA CHMC
PARÂMETROS
0/100
25/75
50/50
75/25
Módulo de Ruptura (MPa)
19,30
12,12
7,67
5,44
Inchamento de Espessura 2hs (%)
0,63
1,10
2,30
0,86
Inchamento de Espessura 24hs (%)
3,90
4,40
5,80
3,90
14,75
12,46
8,44
10,92
2
Resistência a Tração Paralela (daN/cm )
Assim, os resultados indicam que com a utilização da mamona com adesivo para a
fabricação da CHMC apresentou um bom desempenho, o mesmo foi verificado por Dias
(2005) usando a mamona como adesivo em comparação as resinas de uréia e fenólica.
Esses resultados quando comparados aos valores da norma CS 236-66, aplicada,
geralmente para uréia-formaldeído, apresentada por Passos (2005) indicam que a CHMC se
equivale a classe de alta densidade tipo 1 adequada para uso interiores, porém o traço 25/75 a
CHMC se equivaleria a classe B.
Em relação aos valores do MOE e MOR e RTP na mesma norma, teríamos o traço
0/100 na classe de alta densidade e os demais traços se equivaleriam à baixa densidade tipo 1.
A título ilustrativo é apresentada a tabela 4.24 que se refere aos valores normativos
apresentados por Passos (2005).
Em relação à mesma norma os resultados para o inchamento em espessura estariam
todos bem acima para todos os traços trabalhados.
Na classificação da ABNT-14810 o resultado do inchamento em espessura estabelece
de 8% para 2h dessa forma todos os traços estariam bem abaixo dos valores normativos da
ABNT. Quanto ao teor de umidade estabelece entre 5% a 11% e neste caso todos os traços
estariam contemplados pela ABNT.
Vale salientar que a norma ABNT 14810 estabelece esses valores tomando a resina
uréia como resina de referência, tendo a densidade média conforme apresentado a figura 4.35
.
Quanto ao MOR e RTP a norma estabelece que para uma espessura entre 8 a 13 mm
os valores são 18 MPa e 0,40 MPa, respectivamente. Assim apenas o traço 0/100 estaria
contemplado pela ABNT, tendo os demais traços muito abaixo dos valores normativos para o
MOR quanto ao RTP. Os demais traços atenderiam a RTP, mas não atenderiam ao MOR.
Para o MOE a norma não estabelece nenhuma referência.
156
Tabela 4.24 – Valores normativos da norma CS 236-66
Tipo
(uso)
Densidade (g/cm3)
Média mínima
A (alta, igual ou superior a
0,80 glcm3)
11
B (média, entre 0,60 e 0,80
g/lcm3)
C(baixa, abaixo de 0,60 glcm3)
A (alta, igual ou superior a
0,80 g/cm3)
22
B (média, entre 0,60 e 0,80
g/cm3)
1
2
1
2
1
2
1
2
MOR
(MPa)
Média mín
16,46
23,13
10,98
16,46
5,49
9,60
16,46
23,32
MOE
(MPa)
Média mín
2401
2401
2401
2744
1029
1715
2401
3430
LI
(KPa)
Média min
1372>
960,4
480,2
411,6
137,2
205,8
857,5
2744
1
12,35
1715
445,9
2
17,15
3087
411,6
Classe3
Tipo 1 – chapa de partícula (geralmente feita com resina uréia-formaldeído) adequada para aplicação em interiores.
Tipo II – Chapa de partículas feita com resina durável e altamente resistente à umidade e calor (geralmente resina
fenólica) adequada para aplicações em interiores e certas aplicações em exteriores quando assim classificada.
157
5 - CONCLUSÕES
Este capítulo trata-se das conclusões derivadas das análises realizadas nos capítulos
anteriores. Assim têm-se as conclusões referentes aos ensaios físicos e mecânicos na CHMC
e PHFV, as conclusões referentes à caracterização do endocarpo seco, inclusive pelas
micrografias realizadas, além disso, será apresentado as conclusões referentes à fratura na
PHFV, realizada pela micrografia óptica.
5.1 – CARACTERIZAÇÃO DO ENDOCARPO SECO
Nesta parte busca-se concluir a questão inicial se o endocarpo seco poderá ser
utilizado independentemente de sua espécie, se no caso seja não ou gigante, nos experimentos
realizados nesta pesquisa.
Dos resultados obtidos nos ensaios de caracterização dos endocarpos como
difratograma de Raio-X, TG, DTA, densidade volumétrica e análise microestrutural dos
mesmos, pode-se concluir que não há diferenças entre os endocarpos para os ensaios
realizados. Estes, quando analisados, apresentaram o mesmo perfil, ou seja, as mesmas
propriedades físicas e químicas, acrescentando ainda o mesmo índice de cristalinidade
calculado para ambos os tipos de endocarpo. Neste sentido, remetendo a questão inicial, os
endocarpos podem ser utilizados independentemente de se conhecer previamente a sua
classificação, no caso se do tipo anão ou gigante.
5.2 – FABRICAÇÃO DA CHMC e PHFV-MC
Quanto à fabricação da CHMC pode-se concluir que as dimensões e forma dos
resíduos, sejam do tipo endocarpo seco ou resíduo derivados de madeira e móveis,
influenciam no desempenho da chapa fabricada. Outros parâmetros de influência são a
temperatura de prensagem e tipo da resina, os quais influenciam de forma direta na adesão.
Outro aspecto conclusivo é a influência do tamanho do colchão, da temperatura de
prensagem, da natureza e tamanho bem como a forma dos resíduos utilizados e
principalmente a importância da hibridização a partir de materiais alternativos
lignocelulósicos para a fabricação de chapas de partículas aglomeradas.
158
Quanto à fabricação da PHFV-MC o que se pode estabelecer como conclusivo é o
comportamento da carga híbrida que teve de ser preparada à parte do processo e depois
depositada sobre as camadas que aguardavam a mesma, devido à natureza do particulado
utilizado. Esse fato alterou o método normal (hand lay up) na obtenção da placa. No entanto,
uma análise mais aprofundada poderá apresentar indicativos mais adequados para uma
conclusão da influência do processo de fabricação, bem como, verificar qual o processo mais
adequado para este material, que apresentam tamanhos e formas diferentes, com densidades
bem distintas. Mas de forma geral, os resultados obtidos indicam o bom desempenho da placa
fabricada tanto no que diz respeito as influência da umidade quanto no estado seco.
5.3 - ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA PHFV - MC
Com relação ao ensaio de absorção de umidade constatou-se que o comportamento da
PHFV-MC tem a mesma curva característica dos compósitos laminados poliméricos, sejam
os mesmos híbridos ou não. A curva de absorção apresenta característica de um
comportamento inicial linear, seguindo de um declínio contínuo da taxa de absorção, indicado
pela inclinação da curva, conduzindo a estabilidade na saturação. Os tipos de materiais
utilizados bem como a forma de distribuição das camadas (configuração), tiveram grande
importância na redução da quantidade de umidade absorvida. O percentual de absorção de
umidade foi de 2,83%, sendo considerado baixo tendo em vista a presença de material
lignocelulósico na confecção da placa híbrida. Fica evidente a característica desta placa para
ser usada em meio úmido com a carga de derivados de madeira e moveis e endocarpo seco,
este último destaca-se pela presença da lignina que auxilia a “barreira polimérica” na redução
dos níveis de absorção de umidade.
No que diz respeito ao ensaio de tração uniaxial os efeitos gerados pela presença de
carga híbrida na PHFV-MC não alteraram o comportamento linear entre a tensão e a
deformação até a fratura, característica esta, comum à maioria dos plásticos reforçados com
fibras de vidro. Esse comportamento se verifica para as duas condições de ensaio. Com
relação à presença de umidade, verifica-se que a influência da mesma nas propriedades
mecânicas da PHFV – MC torna-se praticamente desprezível, já que a variação entre as
mesmas encontra-se dentro das dispersões obtidas nos ensaios. Esse resultado se deve em
grande parte ao pequeno percentual de absorção de umidade obtido pela PHFV – MC, ou
seja, não houve degradação dos resíduos, devido à baixa absorção de umidade da placa. Pelos
resultados apresentados o módulo de elasticidade foi o mais afetado pela presença de
159
umidade, mas isso não afetou o desempenho da PHFV-MC, como também a tensão máxima.
Porém a diferença entre a deformação no estado seco e no estado úmido saturado apresentou
uma diferença muito pequena (2,94%), indicativo da natureza frágil da matriz polimérica e
que foi limitante nessas circunstâncias. Com relação à característica da fratura desenvolvida
no ensaio de tração uniaxial a matriz passa a ter efeito limitante no compósito híbrido. Esse
fato é comprovado pelo surgimento de microfissuração na matriz, tanto no estado seco quanto
no úmido. Uma observação importante com relação a analise da fratura é que a mesma
apresentou uma seqüência do processo de fratura bem definido, fato esse que facilita todo e
qualquer processo de manutenção no elemento estrutural que venha a utilizar esse tipo de
configuração idealizada.
Com relação ao ensaio de flexão estática em 03 pontos nos estados seco e úmido
saturado, dos diagramas tensão x deflexão se pode concluí que a tensão de flexão no estado
seco apresentou menor dispersão com relação aos valores obtidos, além de apresentar
superioridade nos valores tanto da tensão quanto da deflexão quando comparado aos
resultados obtidos no estado úmido saturado. Os efeitos da umidade são mais proeminentes
para o módulo de elasticidade do que para os demais parâmetros, ou seja, a tensão de ruptura
e o alongamento. Com relação à característica da fratura a camada compressiva não sofreu
dano algum, provavelmente devido ao endocarpo (lignina) que pela sua micrografia resiste
mais a esforços compressivos. Na região de tração o dano age mais efetivamente sobre os
resíduos fibrosos da madeira e moveis que do endocarpo. Já na condição úmida alguns
corpos-de-prova apresentaram esmagamento superficial na sua superfície externa da placa. No
geral, tanto na condição seca quanto na úmida não houve qualquer dano na linha neutra.
Observa-se que há a fratura no resíduo, mas não ocorre a desaderência dele na matriz.
5.4 – CONSIDERAÇÕES FINAIS DA PHFV-MC
O desempenho da PHFV-MC tanto em relação às propriedades físicas e mecânicas é
influenciado pelos resíduos utilizados quanto à forma, tamanho, proporção e demais
características, inclusive pela presença da umidade. Destaque é merecido no que diz respeito
ao comportamento à flexão em três pontos em favor da PHFV-MC, uma vez que a rigidez
atende ao proposto pela indústria, enquanto que a resistência se mostra muito superior.
Os resíduos MM e o endocarpo seco podem ser utilizados na fabricação de
compósitos híbridos reforçados com fibra de vidro, sendo possível sua utilização em
tubulações de grandes diâmetros, reservatórios, telhas entre outros produtos.
160
A presença do endocarpo seco coadjuvado ao resíduo MM na PHFV-MC auxilia no
desempenho das propriedades físicas e mecânicas investigadas. Atua favoravelmente nas
resistências à flexão e à tração, inclusive no módulo de elasticidade nas respectivas classes de
carregamentos.
A produção do endocarpo seco estimula a produção da PHFV-MC em estruturas que
requerem a presença de umidade, como por exemplo, reservatórios, estações de tratamento de
água, tubulações industriais, entre outras.
E, finalmente, os resíduos MM oriundos da indústria de derivados de madeiras e
móveis bem como o endocarpo seco do cocos nucífera linn podem ser utilizados como carga
em compósitos reforçados de fibra de vidro possibilitando promissores investimentos neste
mercado para o desenvolvimento regional na região nordestina.
5.5 – ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS DA CHMC
Pelos resultados apresentados no capítulo anterior constatou-se que o endocarpo
influencia na densidade final da CHMC. Dessa forma o mesmo pode ser usado quando se
deseja uma menor quantidade de resíduo MM na chapa fabricada, seja por motivos
econômicos ou por preservação, conferindo uma maior densidade quando seja necessária uma
aplicação em estruturas mais reforçadas. A CHMC pode ser classificada como uma chapa de
alta densidade, conforme a norma ABNT 14810 que confere a chapa de painéis de madeira
aglomerada como sendo de média densidade com a utilização de resina à base de uréia.
Com relação ao teor de umidade da CHMC conclui-se que a boa adesão entre o
resíduo MM e a cola favoreceu positivamente o teor de umidade da CHMC, enquanto que a
presença do endocarpo seco, nas condições estabelecidas neste trabalho, favoreceu menos em
relação aos resíduos MM, tendo como teor crítico a relação 1:1 entre esses resíduos híbridos,
respeitando a forma e a geometria dos particulados bem como a diferença de densidade entre
os mesmos. Porém, os resultados obtidos para todos os traços da CHMC estão na faixa
admitida pela ABNT 14810-2 para os painéis de média densidade e com uso de resina à base
de uréia.
Para a absorção de água, como não existe um valor normalizado pela ABNT 14810
para o ensaio de absorção, pode-se concluir que os valores obtidos na CHMC indicam que a
presença do endocarpo seco e, com o conseqüentemente aumento deste na chapa, reduz a
161
quantidade de água absorvida na duas horas e a tendência permanece a mesma após vinte
quatro horas de ensaio.
Para o inchamento em espessura a presença do endocarpo age como um componente
de controle ao inchamento provocado pelos resíduos MM na chapa CHMC. Assim, uma
maior quantidade de endocarpo seco na chapa, em relação ao resíduo MM, inibe o aumento
do inchamento em espessura. Com relação aos valores apresentados nos resultados do
inchamento em espessura nas duas horas iniciais do ensaio de inchamento estão abaixo dos
valores admitidos pela norma ABNT 14810-2, inclusive para todos os traços. Os resultados
finais do inchamento apresentaram valores também abaixo do valor normalizado, porém
tomando como referência às duas horas indicativas na norma que não estabelece valor para as
vinte e quatro horas de ensaio.
No que se refere à resistência a tração perpendicular, através dos resultados analisados
no capítulo anterior, pode-se concluir que os resíduos MM apresentam uma melhor influencia
na CHMC do que o endocarpo seco para a adesão interna. As características de forma e
tamanho do particulado influem no desempenho da RTP da CHMC, tanto quanto a
proporção dos teores dos resíduos usados. Outra conclusão obtida da análise da RTP é que
para o traço 50/50 (relação 1:1) os resultados apresentaram valores maiores do que os
normalizados pela ABNT 14810-2, inclusive para todos os traços, com destaque para os
traços sem adição do endocarpo seco. Ressalta-se que a referência normalizada é estabelecida
para painéis de madeira aglomerada à base de resina uréia. E, finalmente, a presença do
endocarpo seco reduz a eficiência da resina, porém, conforme acima apresentado, não
interfere no desempenho quando comparado a norma brasileira.
Nas conclusões referentes à flexão estática os resultados indicaram que os resíduos
MM apresentaram melhor desempenho do que o endocarpo seco, nas condições deste
trabalho. O tamanho, a forma e proporção dos resíduos influem no desempenho da CHMC
em relação à flexão estática, tanto no MOE quanto influencia o MOR. Os valores obtidos
para o MOR só atendem aos requisitos da ABNT 14810-2 para esta propriedade no uso do
traço 0/100, ou seja, no traço sem a presença do endocarpo seco, apenas com o resíduo MM.
Para a CHMC com a presença do endocarpo seco não conferiu a chapa valores suficientes
para suplantar os valores normativos da ABNT para o MOR. O endocarpo seco nas condições
deste trabalho influencia na diminuição do MOR como também do MOE, apesar de que não
há valores normalizados pela norma brasileira para o desempenho do MOE nas partículas
aglomeradas de forma a auxiliar na avaliação desta propriedade mecânica quanto ao
desempenho da CHMC.
162
5.6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS DA CHMC
O desempenho da CHMC tanto em relação às propriedades físicas e mecânicas é
influenciado pelos resíduos utilizados tanto na forma, tamanho, proporção e demais
características. Os resíduos MM podem ser utilizados na fabricação de painéis de partícula de
madeira aglomerada com o uso de resina à base de mamona, sendo possível sua utilização em
paredes divisórias, uso em ambientes internos, em objetos de uso em geral ou decorativos,
mesas e entre outras aplicações. A presença do endocarpo seco coadjuvado ao resíduo MM na
CHMC auxilia no desempenho das propriedades físicas investigadas. Atua favoravelmente na
RTP com o uso da resina à base de mamona, indicando a possibilidade de se fabricar a
CHMC com o uso desta resina. Porém requer um estudo para melhorar o desempenho da
CHMC em relação à flexão estática no que se refere ao MOR e MOE. A produção do
endocarpo seco estimula a produção da CHMC em estruturas que requer alta densidade,
inclusive em presença de umidade, como por exemplo, em banheiros, portas internas ou
externas, entre outras aplicações. E, finalmente, os resíduos MM oriundos da indústria de
derivados de madeiras e móveis bem como o endocarpo seco podem ser utilizados na
confecção de painéis de madeira aglomerada possibilitando promissores investimentos neste
mercado para o desenvolvimento regional na região nordestina.
6 - SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
6.1 – EM RELAÇÃO AOS COMPÓSITOS POLIMÉRICOS REFORÇADOS
COM FIBRA DE VIDRO
1. Estudo do efeito do processo de fabricação em compósitos poliméricos reforçados
com fibra de vidro e carga de resíduos de derivados de madeira e móveis e endocarpo
do coco seco;
2. Estudo da viabilidade técnica e econômica da utilização de derivados de madeira e
móveis e endocarpo do coco seco para a fabricação de compósitos híbridos
lignocelulósicos reforçados com fibra de vidro;
3. Análise de fadiga e cargas de impacto em compósitos poliméricos reforçados com
fibra de vidro e carga de resíduos de derivados de madeira e móveis e endocarpo coco
seco;
163
4. Investigação do uso de derivados de madeira e móveis e endocarpo seco do coco para
a fabricação de compósitos híbridos lignocelulósicos reforçado com fibra de vidro
com matrizes cimentícias;
5. Aplicação de derivados de madeira e móveis e endocarpo seco do coco em compósitos
híbridos lignocelulósicos reforçados com fibra de vidro para a fabricação de
reservatórios;
6. Estudo da fabricação de compósitos híbridos reforçado com fibra de vidro e carga de
derivados de madeira e móveis e endocarpo do coco seco para a fabricação de
compósitos híbridos lignocelulósicos reforçado com fibra de vidro com vários teores e
tipos de resina.
6.2 – EM RELAÇÃO AOS PAINEIS DE MADEIRA AGLOMERADA
Neste caso as seguintes propostas de trabalhos são apresentadas:
1. Fabricação de chapa de partícula aglomerada com resíduos de derivados de madeira e
móveis e endocarpo do coco seco em diversos teores e tipos de resina;
2. Estudo do efeito da temperatura e do intemperismo nas propriedades mecânicas e
físicas de chapa de partícula aglomerada fabricada com resíduos de derivados de
madeira e móveis e endocarpo do coco seco;
3. Análise da Densidade e granulometria em a chapa de partícula aglomerada fabricada
com resíduos de derivados de madeira e móveis e endocarpo do coco seco;
4. Estudo da viabilidade técnica e econômica do uso de derivados de madeira e móveis e
endocarpo do coco seco para a fabricação de chapa de partícula aglomerada;
5. Estudo das cargas de impacto sobre as chapas de partículas aglomeradas fabricadas
com resíduos de derivados de madeira e móveis e endocarpo do coco seco.
6. Investigação do uso de resíduos de derivados de madeira e móveis e endocarpo do
coco seco como carga em reforço de elementos estruturais.
164
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177
ANEXOS
Neste anexo contém os valores dos resultados dos ensaios físicos de densidade, teor de
umidade em 2h e 24hs, inchamento de espessura em 2hs e 24hs e absorção de água, bem
como os ensaios de mecânicos de flexão estática e resistência a tração da CHMC e os
resultados dos ensaios de classificação dos resíduos utilizados e os valores obtidos no ensaio
de densidade do endocarpo seco.
ANEXO A – Classificação Granulométrica dos resíduos lignocelulósicos
PENEIRAS
(abertura da
malha em mm)
0,6
2,36
3,36
RESÍDUO +
RECIPIENTE
RESÍDUO(g)
PORCENTAGEM (%)
53,8108
43,1396
29,5452
31,6188
20,9476
7,3532
31,62
20,95
7,35
4,75
23,9521
1,7601
1,76
0,6(não retido)
RESÍDUO
PERDIDO
TOTAL
59,7575
37,5655
37,57
----
0,7548
0,75
-----
100,00
100,00
ANEXO C – Ensaios de Densidade da CHMC
TRAÇO 0/100
CP
M0(g)
17,5
1
19,4
2
18,8
3
18,5
4
17,3
5
18,4
6
19,1
7
17,9
8
18,4
9
17,7
10
E(mm) B1(mm) B2(mm) V(mm3)
9,67
49,05
49,65 23549,67
9,66
49,05
49,65 23525,31
9,58
49,00
49,65 23306,7
9,26
49,15
49,25 22415,1
8,36
49,20
49,30 20277,68
9,65
49,20
49,75 23620,31
9,38
49,10
49,65 22866,7
9,04
49,25
49,65 22105,17
9,36
49,15
49,45 22749,18
9,19
49,15
49,65 22426,33
MÉDIA
DP
D(kg/m3)
743,11
824,64
806,63
825,34
853,15
778,99
835,28
809,77
808,82
789,25
807
30
178
TRAÇO 25/75
CP
M0(g)
16,8
1
14,6
2
20,4
3
17,2
4
19,1
5
16,9
6
18,7
7
19,6
8
18,6
9
20,0
10
TRAÇO 50/50
CP
M0(g)
22,6
1
21,3
2
18,1
3
16,8
4
17,2
5
16,4
6
15,5
7
16,7
8
18,4
9
21,3
10
TRAÇO 75/25
CP M0(g)
18,7
1
16,3
2
14,4
3
19,6
4
17,1
5
20,0
6
18,3
7
18,6
8
18,7
9
19,5
10
E(mm) B1(mm) B2(mm) V(mm3)
9,27
49,15
49,70 22840,27
9,36
49,00
49,80 22682,11
9,72
47,00
49,65 22743,57
9,32
49,15
49,65 22743,57
9,29
49,00
49,55 22555,66
9,16
49,20
49,70 22398,40
9,37
48,95
49,65 22772,54
9,59
49,00
49,65 23331,03
9,60
49,15
49,65 23426,86
9,56
49,00
49,60 23234,62
MÉDIA
DP
E(mm) B1(mm) B2(mm) V(mm3)
9,66
49,00
49,80 23572,33
9,65
49,00
49,75 23524,29
9,57
48,40
49,75 23043,6
9,40
49,00
49,55 22822,73
9,25
49,10
49,65 22549,79
8,68
49,30
49,85 21332,01
8,79
49,00
49,75 21427,82
9,09
49,25
49,65 22227,44
9,31
49,15
49,65 22719,17
9,45
49,10
49,65 23037,35
MÉDIA
DP
E(mm) B1(mm) B2(mm)
9,11
49,00
49,85
8,99
49,20
49,55
8,87
49,25
49,60
9,36
48,15
49,75
9,20
49,10
49,75
9,13
49,15
49,60
9,24
49,30
49,80
9,17
49,00
49,85
9,13
49,10
49,70
8,92
49,05
49,80
D(kg/m3)
735,54
643,68
896,96
756,26
846,79
754,52
821,16
840,08
793,96
860,78
795
74
D(kg/m3)
958,75
905,45
785,47
736,11
762,76
768,80
723,36
751,32
809,89
924,59
813
85
D(kg/m3)
V(mm3)
22252,54
840,35
21916,36
743,74
21667,64
664,59
22421,53
874,16
22473,07
760,91
22257,48
898,57
22685,49
806,68
22399,1
830,39
22279,67
839,33
21788,79
894,96
MÉDIA
815
DP
73
179
ANEXO D – Inchamento em Espessura (IE) e Absorção de Água (AA) em 2h e 24h
TRAÇO 0/100(valores individuais)
2h
CP E0(mm) E1(mm) M0(g)
9,89
6,00
1 9,79
9,62
4,90
2 9,42
9,27
4,70
3 9,20
9,29
5,50
4 9,20
8,55
5,20
5 8,50
9,80
5,80
6 9,75
9,68
9,69
6,00
7
9,21
5,80
8 9,20
9,00
6,10
9 9,00
9,45
5,30
10 9,42
24h
M1(g) E0(mm) E1(mm) M0(g)
6,30
9,79
10,24
6,00
5,40
9,42
9,80
4,90
4,90
9,20
9,64
4,70
5,60
9,20
9,56
5,50
5,40
8,95
9,26
5,20
6,00
9,75
10,11
5,80
6,20
9,69
10,02
6,00
5,90
9,20
9,54
5,80
6,30
9,00
9,78
6,10
5,50
9,42
9,73
5,30
TRAÇO 0/100(valores médios)
CP
2hs
1,00
IE1
2,12
IE2
0,08
IE3
0,98
IE4
0,59
IE5
0,51
IE6
0,01
IE7
0,01
IE8
0,00
IE9
0,32
IE10
MÉDIA
0,63
DP
0,68
24hs
4,60
4,00
4,80
3,90
3,50
3,70
3,40
3,70
8,70
3,30
3,90
0,52
TRAÇO 25/75(valores individuais)
2h
CP E0(mm) E1(mm) M0(g)
9,64
6,00
1 9,50
9,75
5,90
2 9,56
9,39
5,20
3 9,39
9,77
6,10
4 9,52
9,3
6,10
5 9,17
9,29
5,00
6 9,25
9,16
5,20
7 9,16
9,51
5,40
8 9,33
9,34
4,80
9 9,29
9,15
4,80
10 9,09
24h
M1(g) E0(mm) E1(mm) M0(g)
6,30
9,50
9,93
6,00
6,20
9,56
9,95
5,90
5,40
9,39
9,79
5,20
6,20
9,52
9,92
6,10
6,20
9,17
9,53
6,10
5,20
9,25
9,59
5,00
5,40
9,16
9,57
5,20
5,70
9,33
9,84
5,40
5,00
9,29
9,76
4,80
5,10
9,09
9,44
4,80
CP
AA1
AA2
AA3
AA4
AA5
AA6
AA7
AA8
AA9
AA10
MÉDIA
DP
2h
5,00
10,20
4,30
1,80
3,80
3,40
3,30
1,70
3,30
3,80
4,1
2,4
M1(g)
7,30
6,40
5,80
6,20
6,10
6,60
6,80
6,50
6,80
6,30
24h
21,70
30,60
23,40
12,70
17,30
13,80
13,30
12,10
11,50
18,90
17,50
6,20
M1(g)
7,10
6,90
6,00
7,10
6,80
5,70
6,00
6,70
5,50
5,50
180
TRAÇO25/75(valores individuais)
CP
2h
1,50
I1
2,00
I2
0,00
I3
2,60
I4
1,40
I5
0,40
I6
0,00
I7
1,90
I8
0,50
I9
0,70
I10
MÉDIA
1,1
DP
0,9
24h
4,50
4,10
4,30
4,20
3,90
3,70
4,30
5,50
5,10
4,00
4,40
0,60
TRAÇO 50/50(valores individuais)
2h
CP E0(mm) E1(mm) M0(g)
9,64
6,50
1 9,61
9,66
4,50
2 9,36
9,39
4,70
3 9,34
9,16
4,80
4 9,09
9,05
5,00
5 9,03
8,73
4,90
6 8,12
8,80
4,50
7 8,18
8,86
4,60
8 8,82
9,19
5,00
9 9,08
9,42
6,20
10 9,35
TRAÇO 50/50(valores médios)
CP
2h
0,31
IE1
3,20
IE2
0,50
IE3
1,10
IE4
0,20
IE5
7,50
IE6
7,60
IE7
0,50
IE8
1,20
IE9
0,70
IE10
MÉDIA
2,3
DP
2,7
CP
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
MÉDIA
DP
2h
5
5,1
3,8
1,6
1,6
4
3,8
5,6
4,2
6,3
4,1
1,5
24h
18,30
19,90
15,40
16,30
11,50
14,00
15,40
24,10
14,60
14,60
16,40
3,50
24h
M1(g) E0(mm) E1(mm) M0(g)
6,60
9,61
9,86
6,50
4,70
9,36
9,97
4,50
4,90
9,34
9,68
4,70
4,80
9,09
9,44
4,80
5,10
9,03
9,35
5,00
5,00
8,12
9,42
4,90
4,70
8,18
9,04
4,50
4,70
8,82
9,16
4,60
5,20
9,08
9,45
5,00
6,40
9,35
9,62
6,20
24h
2,60
6,50
3,60
3,90
3,50
16,00
10,50
3,90
4,10
2,90
5,80
4,30
CP
AA1
AA2
AA3
AA4
AA5
AA6
AA7
AA8
AA9
AA10
MÉDIA
DP
2h
1,50
4,40
4,30
0,00
2,00
2,00
4,40
2,20
4,00
3,20
2,6
1,4
24h
7,70
17,80
14,90
14,60
14,00
12,20
15,60
15,20
14,00
8,10
13,40
3,20
M1(g)
7,00
5,30
5,40
5,50
5,70
5,50
5,20
5,30
5,70
6,70
181
TRAÇO 75/25(valores individuais)
2h
CP E0(mm) E1(mm) M0(g)
9,18
5,50
1 9,12
9,10
5,30
2 9,07
9,54
5,90
3 9,45
9,19
5,20
4 9,13
9,13
5,70
5 9,11
9,49
5,90
6 9,35
9,32
6,10
7 9,25
9,30
6,00
8 9,22
9,10
6,00
9 9,04
9,08
5,70
10 8,92
TRAÇO 75/25(valores médios)
CP
2h
0,70
IE1
0,30
IE2
1,00
IE3
0,70
IE4
0,20
IE5
1,50
IE6
0,80
IE7
0,90
IE8
0,70
IE9
1,80
IE10
MÉDIA
0,86
DP
0,5
24h
M1(g) E0(mm) E1(mm) M0(g)
5,60
9,12
9,59
5,50
5,50
9,07
9,38
5,30
6,10
9,45
9,73
5,90
5,40
9,13
9,40
5,20
5,80
9,11
9,27
5,70
6,20
9,35
9,72
5,90
6,10
9,25
9,98
6,10
6,10
9,22
9,47
6,00
6,10
9,04
9,37
6,00
5,80
8,92
9,26
5,70
24h
5,20
3,40
3,00
3,00
1,80
4,00
7,90
2,70
3,70
3,80
3,90
1,70
CP
AA1
AA2
AA3
AA4
AA5
AA6
AA7
AA8
AA9
AA10
MÉDIA
DP
2h
1,80
3,80
3,40
3,80
1,80
5,10
0,00
1,70
1,70
1,80
2,5
1,5
M1(g)
6,30
5,90
6,50
5,80
6,10
6,40
6,40
6,40
6,40
6,20
24h
14,50
7,50
10,20
7,70
7,00
8,50
4,90
6,70
6,70
8,60
8,20
2,60
ANEXO E – Teor de Umidade da CHMC
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TRAÇO 0/100
Mu(g) Ms(g) U(%)
17,5
17,4
0,6
19,4
17,6
10,2
18,8
18,0
4,4
18,5
17,2
7,6
17,3
16,5
4,8
18,4
17,4
5,7
19,1
18,0
6,1
17,9
16,8
6,5
18,4
17,6
4,5
17,7
16,5
7,3
MÉDIA 5,8
DP 2,5
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TRAÇO 25/75
Mu(g) Ms(g) U(%)
16,8
16,2
3,7
15,8
14,6
8,2
20,4
18,8
8,5
17,2
15,9
8,2
19,1
17,9
6,7
16,9
15,7
7,6
18,7
17,4
7,5
19,6
18,3
7,1
18,6
17,5
6,3
20,0
18,4
8,7
MÉDIA 7,3
DP 1,5
182
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TRAÇO 75/25
Mu(g)
Ms(g)
U(%)
18,7
18,0
3,9
16,3
15,2
7,2
14,4
13,8
4,3
19,6
18,3
7,1
17,1
16,0
6,9
20,0
18,6
7,5
18,3
17,0
7,6
18,6
17,3
7,5
18,7
17,3
8,1
19,5
18,1
7,7
MÉDIA
6,8
DP
1,5
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
TRAÇO 50/50
Mu(g)
Ms(g)
22,6
20,8
21,3
19,6
18,1
16,6
16,8
15,3
17,2
15,5
16,4
14,9
15,5
14,0
16,7
15,6
18,4
17,2
21,3
20,0
MÉDIA
DP
U(%)
8,7
8,7
9,0
9,8
11,0
10,1
10,7
7,1
7,0
6,5
8,8
1,6
ANEXO F – Ensaio de Adesão Interna (RTP)
TEOR 0/100
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
MÉDIA
DP
CVAR
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
MÉDIA
DP
CVAR
TEOR 0/100
F(daN) RTP(daN/cm2)
388,34
15,53
360,11
14,40
357,82
14,31
374,60
14,98
388,72
15,55
359,35
14,37
366,97
14,68
366,21
14,65
375,37
15,01
350,00
14,00
368,75
14,75
12,26
0,49
3,38
3,32
TEOR 25/75
F(daN) RTP(daN/cm2)
291,06
11,64
311,28
12,45
300,60
12,02
318,15
12,73
329,97
13,20
305,56
12,22
309,75
12,39
308,61
12,34
318,53
12,74
322,34
12,89
311,59
12,46
10,66
0,43
3,42
3,45
TEOR 50/50
(daN)
RTP(daN/cm2)
CP
193,75
7,75
1
189,15
7,57
2
182,34
7,29
3
182,34
7,29
4
214,77
8,59
5
222,78
8,91
6
226,97
9,04
7
228,88
9,16
8
233,84
9,35
9
235,75
9,43
10
MÉDIA 211,06
8,44
DP
20,69
0,83
CVAR
9,80
9,83
TRAÇ0 75/25
CP
F(daN) RTP(daN/cm2)
237,27
9,49
1
250,62
10,02
2
253,29
10,12
3
299,07
11,96
4
284,86
11,36
5
299,07
11,96
6
281,52
11,26
7
283,43
11,34
8
255,20
10,20
9
286,34
11,45
10
MÉDIA 273,07
10,92
DP
20,84
0,83
CVAR
7,63
7,60
183
ANEXO G - FLEXÃO ESTÁTICA (MOE E MOR)
MÓDULO DE
MÓDULO DE
CORPO DE
ELASTICIDADE(MPa)
RUPTURA(MPa)
PROVA
TRAÇO
TRAÇO
0/100
25/75
50/50
75/25
0/100
25/75
50/50
75/25
01
2628,16 1206,38 1245,89 1042,66 23,31
9,61
9,74
6,28
02
2517,65 1151,68
896,54
982,89
22,87
9,50
9,28
5,92
03
2211,75 1368,71
745,69
938,36
20,34
11,68
5,64
4,92
04
1873,01 1544,09
957,42
1121,95 18,09
12,66
7,47
4,56
05
2262,56 2045,80
940,78
900,26
18,35
15,81
6,94
5,17
06
2173,19 1214,45
875,38
1006,14 17,82
9,92
7,68
6,06
07
2491,80 1429,15
672,70
1192,09 21,47
13,11
5,68
7,18
08
2390,13 1474,85
705,95
713,84
19,56
13,10
6,40
4,60
09
1467,94 1484,42 1025,40
914,75
13,84
13,86
7,91
4,20
10
2126,33 1304,46 1614,37 1599,06 17,38
11,99
11,92
5,56
MÉDIA(MPa)
2214
1422
968,0
1041,2
19,30
12,12
7,67
5,44
DP
342,6
256,1
282,50
235,40
2,84
2,03
1,91
0,93
CV(%)
15,47
18,00
29,18
22,61
14,72
16,75
24,92
17,00